談教材中摩擦力方向表達(dá)的不準(zhǔn)確性問(wèn)題

唐權(quán)

學(xué)習(xí)物理的人都清楚，在物理中，公式、定律的描述必須準(zhǔn)確明了，一個(gè)模糊的描述會(huì)給學(xué)習(xí)的人帶來(lái)很多判斷和運(yùn)用上的困難.

在人民教育出版社出版的高中物理（人教版）第一冊(cè)第三章第3節(jié)“摩擦力”中，對(duì)摩擦力方向的判斷是這樣描述的“靜摩擦力的方向總沿著接觸面（如果接觸面是曲面，靜摩擦力的方向與接觸面相切），并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反”；“滑動(dòng)摩擦力的方向總沿著接觸面，并且跟物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”.

在山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的高中物理（司南版）第一冊(cè)第四章第3節(jié)“摩擦力”中，對(duì)摩擦力方向的判斷是這樣描述的“滑動(dòng)摩擦力的方向總與接觸面相切，并且與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反”；“靜摩擦力的方向總是與接觸面相切，并且與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的方向相反”.

在高中階段，力學(xué)是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是考試的重點(diǎn).其中最難學(xué)的算是摩擦力，它的方向判斷，真叫人模棱兩可，似是而非.對(duì)課本上的這一描述，總是很難讓學(xué)生真正的從定義上把方向弄清楚，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確判斷.

1 究其原因

有兩點(diǎn)描述不夠準(zhǔn)確，或者說(shuō)不夠明了.致使學(xué)生非常模糊！

1.1 相對(duì)的參考系不清楚

如圖1，傳送帶沿順時(shí)針?lè)较蛞?（相對(duì)地面）做勻速運(yùn)行，此時(shí)刻工件A正以v2（相對(duì)地面）的速度向右運(yùn)動(dòng)，且v2

對(duì)于A所受傳送帶的摩擦力的方向，有的說(shuō)向右，有的說(shuō)向左.就是因?yàn)閷W(xué)生不知道相對(duì)的參考系是哪一個(gè)，是相對(duì)于地面，還是相對(duì)于傳送帶；還有的學(xué)生還會(huì)以工件A為參考系，這就使問(wèn)題復(fù)雜化了.

1.2 對(duì)“相對(duì)” 的模棱兩可

“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”中“相對(duì)”二字是哪一個(gè)相對(duì)于哪一個(gè)的理解，比如上面，是物體相對(duì)于傳送帶呢，還是傳送帶相對(duì)于物體，對(duì)于這一問(wèn)題也是不太清楚的.

究其上面的兩個(gè)原因，都是描述的不夠準(zhǔn)確造成的.假如[JP3]將判斷的條件進(jìn)一步描述清楚明了一些，就能夠更準(zhǔn)確的判斷了.

2 解決方式

現(xiàn)在我們先做一個(gè)規(guī)定，把我們所要研究的對(duì)象或者要判斷其受力的物體作為受力物體，對(duì)該物體施加力的物體叫做施力物體，把上面的條件改為“滑動(dòng)摩擦力的方向總與接觸面相切，并且總與受力物體相對(duì)于施力物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”；“靜摩擦力的方向總與接觸面相切，并且總與受力物體相對(duì)于施力物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反”.

這樣一來(lái)，物體和相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況就完全清晰了，學(xué)生用起來(lái)就不會(huì)出現(xiàn)上面的問(wèn)題

3 判斷步驟

（1）確定受力物體（研究對(duì)象）和施力物體（2）以相應(yīng)的施力物體為參照物（或參考系）

（3）判斷受力物體相對(duì)于施力物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向

（4）由定義得出結(jié)論

4 實(shí)例解析

例1 某人用水平推力F拉著木箱在水平地面上前進(jìn)，問(wèn)木箱所受摩擦力方向？若木箱未被拉動(dòng)呢？

解析 木箱為受力物體，所受摩擦力的施力物體為地面，所以以地面為參照物，木箱（受力物體）相對(duì)于地面（施力物體）向前運(yùn)動(dòng)，可判定所受滑動(dòng)摩擦力方向向后，阻礙物體的運(yùn)動(dòng).

同理，若木箱未被拉動(dòng)，參照物仍為地面，木箱在拉力作用下有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，可判定木箱所受靜摩擦力方向亦向后，阻礙木箱的運(yùn)動(dòng).

例2 如圖2，傳送帶沿順時(shí)針?lè)较蛞詖1（相對(duì)地面）做勻速運(yùn)行，此時(shí)刻工件A正以v2（相對(duì)地面）的速度向右運(yùn)動(dòng)，且v2

解析 工件A是受力物體，所受摩擦力的施力物體為傳送帶，選傳送帶為參照物，A相對(duì)于傳送帶在向左運(yùn)動(dòng)，所以工件A所受滑動(dòng)摩擦力方向向右，該力使工件A加速運(yùn)動(dòng).

對(duì)于傳送帶受摩擦力的方向（還沒(méi)有學(xué)牛頓第三定律，只能用定義判斷），傳送帶是受力物體，工件A是施力物體，所以以工件A為參照物，皮帶相對(duì)于工件A向右運(yùn)動(dòng)，所以受到A給他向左的摩擦力.

例3 分析人走路時(shí)，后腳所受摩擦力的方向，假設(shè)腳不打滑.

解析 摩擦力的受力物體是人的腳板，施力物體為地面，選地面為參照物，當(dāng)后腳用力向后蹬地時(shí)，腳板有向后滑的趨勢(shì)（若地面光滑，則腳將后滑），可知腳板所受靜摩擦力向前，此即為人前進(jìn)的動(dòng)力.

例4 分析人騎自行車前進(jìn)時(shí)，自行車前后輪所受地面的摩擦力方向，假設(shè)車輪不打滑.

解析 因?yàn)槭欠治龅孛鎸?duì)前后輪的摩擦力方向，車輪是受力物體，地面是施力物體，所以選地面為參照物，分析前后輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況.

自行車后輪是主動(dòng)輪，對(duì)車輪上與地面接觸的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，故所受靜摩擦力方向應(yīng)向前，此摩擦力為動(dòng)力，牽引自行車前進(jìn).

自行車前輪被車的架體推著前進(jìn)，對(duì)前輪上與地面接觸的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，故所受靜摩擦力方向向后，是自行車前進(jìn)的阻力之一.

若人推車前進(jìn)而非騎車前進(jìn)，同理可分析得到前后兩輪所受摩擦力均向后為阻力的結(jié)論.

例5 如圖3，工件A靜止在繞中心O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)盤(pán)上，問(wèn)工件A所受摩擦力的方向.若轉(zhuǎn)盤(pán)加速轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)A仍相對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)靜止，摩擦力方向又如何？

解析 工件A為受力物體，所受摩擦力施力物體是轉(zhuǎn)盤(pán)，選轉(zhuǎn)盤(pán)為參照物.

轉(zhuǎn)盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工件A在切向與轉(zhuǎn)盤(pán)一起勻速運(yùn)動(dòng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而在法向卻有遠(yuǎn)離中心O的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以受到指向中心O的靜摩擦力f法.

轉(zhuǎn)盤(pán)加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工件A不僅在法向仍有遠(yuǎn)離中心O的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)f法，而且在切向由于慣性，有保持原來(lái)較小速度運(yùn)動(dòng)而具有的與線速度v方向相反的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，受到與v方向相同的的靜摩擦力f切，所以工件所受靜摩擦力的合力應(yīng)指向如圖4（俯視圖）所示方向，既阻礙法向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)又阻礙切向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

其實(shí)該靜摩擦力在法向的分量提供工件圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，而切向的分量提供工件A切向的加速度，因此根據(jù)工件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)亦可分析出其靜摩擦力的方向.

從以上可知，將判斷條件準(zhǔn)確化，可以使學(xué)生更容易，更準(zhǔn)確的判斷摩擦力的方向，減少給學(xué)生帶來(lái)更多判斷上的困擾，這也是對(duì)物理公式、概念定律描述必須的方式.