高中物理摩擦力的分析思路淺探

黃悅

[摘 要] 學(xué)生在受力分析時(shí)，最不容易把握的就是摩擦力，而在摩擦力的分析中，靜摩擦力的分析更加難以琢磨。因此，由于對(duì)摩擦力的分析失誤，導(dǎo)致解題錯(cuò)誤的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。要準(zhǔn)確無誤地分析判斷摩擦力，首先要真正理解產(chǎn)生摩擦力的條件，其次在進(jìn)行具體分析時(shí)還要思路清晰，掌握方法。本文從摩擦力產(chǎn)生條件入手，從多個(gè)角度舉例說明滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的分析思路和方法。

[關(guān)鍵詞] 滑動(dòng)摩擦力 靜摩擦力 產(chǎn)生條件

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674 6058（2015）20 0045

高中學(xué)生對(duì)摩擦力的學(xué)習(xí)，特別是對(duì)靜摩擦力的分析，常常會(huì)感到困難，其實(shí)只要掌握了相應(yīng)的方法，這些難題就迎刃而解了。在受力分析中，要準(zhǔn)確把握摩擦力的情況，首先要對(duì)摩擦力的產(chǎn)生條件有深刻的理解。

摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力。產(chǎn)生摩擦力的條件為：

條件一，相互接觸的物體間存在彈力，且接觸面粗糙。

在實(shí)際問題的分析中，學(xué)生對(duì)接觸面粗糙的理解比較容易，但易忽略彈力的存在。往往，見到相互接觸的物體，就簡單地認(rèn)為滿足了彈力產(chǎn)生的基本條件。其實(shí)，看上去接觸的物體，而沒有任何擠壓的情況也是比較多的。要判斷彈力的有無，個(gè)人認(rèn)為用假設(shè)法比較便捷，即假設(shè)撤掉其中一個(gè)接觸物，看對(duì)另一接觸物有無影響，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，即該處有彈力，反之，則沒有彈力，也就不可能有摩擦力了。

條件二，有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)。

相對(duì)滑動(dòng)比較容易判斷，而相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，因?yàn)榫哂须[蔽和可變的特性，想要讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)把握判斷方法，是比較困難的。針對(duì)當(dāng)前學(xué)生比較疑惑的問題，舉例分析如下。

一、滑動(dòng)摩擦力的分析

滑動(dòng)摩擦力的判斷。在滿足前兩個(gè)條件后，只需要知道被研究的物體的相對(duì)滑動(dòng)方向，滑動(dòng)摩擦力方向很容易判斷，但需要弄清以下兩點(diǎn)。

（1）認(rèn)清正壓力

正壓力就是物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，垂直于接觸面的壓力，如果是平面，正壓力的方向垂直于平面，如果是曲面，正壓力方向垂直于該點(diǎn)的切線方向。

二、靜摩擦力的分析

靜摩擦力問題的難點(diǎn)是靜摩擦力方向的判斷。由于靜摩擦力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，是物體相對(duì)靜止時(shí)受到的摩擦力。最有效的分析思路是借助物理規(guī)律或條件來分析。

（1）利用受力平衡解決摩擦力問題

教學(xué)中，二力平衡是學(xué)生容易接受的初中知識(shí)，由二力平衡到物體在共點(diǎn)力作用下的平衡，由簡入繁，層層深入，也是比較常見的教學(xué)方式。

【例3】 木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.25。夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m。系統(tǒng)置于水平地面靜止不動(dòng)?，F(xiàn)用F=1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖3所示。力F作用在B上后，求木塊A、B所受的靜摩擦力。

解析： 由題意可求得A、B與地面間的最大靜摩擦力分別為12.5N和15N，當(dāng)夾一彈簧處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由平衡條件可得，A、B與地面間的靜摩擦力均為8N，用F=1N的水平拉力作用在木塊B上，拉力F的方向與彈簧彈力的方向相同，其合力為9N，但小于B與地面間的最大靜摩擦力，所以木塊B仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，木塊B所受摩擦力大小是9N。而木塊A與地面的靜摩擦力不變，仍為8N。

（2）通過判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)確定靜摩擦力的方向

假設(shè)接觸面光滑，先判斷被研究物體在光滑條件下的相對(duì)滑動(dòng)方向，這個(gè)方向即在實(shí)際情況下的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向，則靜摩擦力方向與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向相反.

【例4】

把一個(gè)物體放在傳送帶上，當(dāng)傳送帶勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)（物體與傳送帶之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)），如圖4所示，則物體受到的力有豎直向下的重力，垂直于接觸面的支持力，試判斷此時(shí)摩擦力的方向。

解析： 方法一，因?yàn)槲矬w隨傳送帶勻速向上運(yùn)動(dòng)，物體在共點(diǎn)力作用下，處于狀態(tài)平衡，故可以判定物體所受靜摩擦力方向沿斜面向上。

方法二，假設(shè)接觸面光滑，則物體將沿著斜面下滑，即物體有沿斜面向下的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，由于靜摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，因此靜摩擦力方向沿斜面向上。

（3）根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，用牛頓第二定律分析靜摩擦力

【例5】 如圖5所示，在外力F作用下運(yùn)送物體，分析甲物體所受的摩擦力。

解析： 情況一，甲、乙一起勻速運(yùn)動(dòng)，甲物塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，水平方向無其他拉力或推力，所以，甲物體不受靜摩擦力作用。

情況二，甲、乙一起向右勻加速運(yùn)動(dòng)，由于甲物體向右加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，根據(jù)“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”可知，物體向右加速的原因只能是受到靜摩擦力作用，所以，甲物體受到水平向右的靜摩擦力作用，且摩擦力的大小滿足牛頓第二定律，則f=ma。

情況三，甲、乙一起向右勻減速運(yùn)動(dòng)，甲物體也向右做減速運(yùn)動(dòng)。甲做勻減速運(yùn)動(dòng)，必然受到阻力作用，這個(gè)阻力只能是摩擦力，也就是說甲物體受到水平向左的摩擦力作用，且摩擦力的大小滿足牛頓第二定律，則f=ma。

（4）根據(jù)牛頓第三定律，即作用力與反作用力等大反向的特點(diǎn)分析靜摩擦力

【例6】 三塊相同的磚被壓在兩豎直方向的木板之間，設(shè)每塊磚的質(zhì)量為m，則A與左板間的摩擦力大小為 ，A對(duì)B的摩擦力大小為 。

解析： 方法一，把3塊磚看成一個(gè)整體，整體受到重力3mg，整體兩邊所受的壓力相同，所以兩邊所受的摩擦力也相同，由平衡條件可知，向下的重力3mg與兩邊的摩擦力之和相等，所以A與左板間、C與右板間受到豎直向上的，大小為3mg/2的摩擦力。

再以A為研究對(duì)象，A受到豎直向下的重力mg，A與左板間豎直向上的摩擦力為3mg/2，由力的平衡可知，B對(duì)A的摩擦力方向豎直向下，大小為mg/2，由力的作用是相互的（即牛頓第三定律）可知，A對(duì)B的摩擦力方向豎直向上，大小也為mg/2。

方法二，分析B的受力可知，B受到重力mg。由于B的兩邊所受的壓力相同，故兩邊所受的摩擦力也相同，由平衡條件可知，向下的重力mg與兩邊的摩擦力之和相等，所以A對(duì)B、C對(duì)B的摩擦力均為mg/2，且方向豎直向上。

再以A為研究對(duì)象，A受到豎直向下的重力mg。A對(duì)B的摩擦力方向豎直向上，大小為mg/2，由“力的作用是相互的”（即牛頓第三定律）可知，B對(duì)A的摩擦力方向豎直向下，大小也為mg/2，再由力的平衡可得，A受左板的摩擦力方向豎直向上，大小為mg+mg/2=3mg/2。

（責(zé)任編輯 易志毅）