馬燕 滕祖?zhèn)?/p>
學(xué)生對(duì)摩擦力的理解是中學(xué)物理的一個(gè)重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn),學(xué)生如果不能深刻把握摩擦力的本質(zhì),將影響到對(duì)題目的正確理解,可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn).本文從摩擦力概念的內(nèi)涵角度以及對(duì)摩擦力的作用效果、摩擦力做功的外延角度來通過具體的實(shí)例分析,進(jìn)一步揭示摩擦力的本質(zhì)屬性,以求對(duì)摩擦力有一個(gè)全面深刻的理解.
一、由概念的內(nèi)涵解讀摩擦力
互相接觸的兩個(gè)物體,當(dāng)它們有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí),就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,這種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用力稱為摩擦力.摩擦力的產(chǎn)生需同時(shí)具備以下四個(gè)條件:①兩物體有相互接觸;②兩物體相互擠壓,有形變,有彈力(正壓力);③兩物體接觸面粗糙 ;④兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢.摩擦力是從兩物體之間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢進(jìn)行分類的,可分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力兩種.下面對(duì)兩者做一些具體分析.
滑動(dòng)摩擦力其大小為F=μFN ,說明摩擦力與兩物體間的內(nèi)在因素有關(guān),由動(dòng)摩擦因數(shù)和接觸面的正壓力決定,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反.
例1已知一些材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)如下表所示.
材料1木-金屬1木-木1木-冰1鋼-鋼動(dòng)摩擦因數(shù)10.2010.3010.0310.25如圖1所示,一質(zhì)量為1.0 kg的物塊放置在某材料制作的固定斜面上,斜面傾角為30°,現(xiàn)用彈簧秤沿斜面方向以1 m/s2的加速度拉此物塊,使其勻加速上升,讀得彈簧秤的示數(shù)為8.17 N,則兩接觸面的材料可能是(g取10 m/s2) ( )
A.木-金屬 B.木-木
C.鋼-鋼 D.木-冰
解析分析物塊受力,由牛頓第二定律得
F-Mgsin 30°-μMgcos30°=Ma
所以μ=F-Mgsin 30°-MaMgcos 30°=0.25,C正確.
靜摩擦力是介于0到最大靜摩擦力μFN之間的一個(gè)力,其大小受外界因素影響,與物體受其它外力以及物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),與接觸面的正壓力無直接關(guān)系;其方向與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢相反.物體受不受靜摩擦力其方向向哪、大小是多少,是有章可循的.作為靜摩擦力的方向一般從定義上和物體所處的狀態(tài)來判定,本文著重從物體所處狀態(tài)判定靜摩擦力方向;作為靜摩擦力的大小一般從物體所處的兩種狀態(tài)來考慮:一種是物體處于平衡態(tài),一種是物體處于非平衡態(tài).
處于相對(duì)靜止的兩物體平衡態(tài)時(shí),物體間的靜摩擦力根據(jù)力的平衡條件,其大小與除靜摩擦力之外的其他外力的合力大小相等方向相反,即F合=f;處于相對(duì)靜止的兩物體其加速度不為零,即處于非平衡態(tài)時(shí),其靜摩擦力的判定:首先是看其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),確定加速度;再就是分析物體受其他外力情況,對(duì)物體運(yùn)用牛頓第二定律來判定靜摩擦力的大小和方向.
例2 A、B兩物體疊放在光滑水平桌面上,質(zhì)量分別為M和m,如圖2,水平恒力F作用在A物體上,使二者保持相對(duì)靜止一起運(yùn)動(dòng),分析A、B間摩擦力大小.
解析A、B一起向右運(yùn)動(dòng)必有共同加速度,對(duì)整體有
F=cm+ma, a=F/(M+m).
對(duì)B物體:受到向右的靜摩擦力,f=ma=mF/(M+m)
綜上所述,滑動(dòng)摩擦力只與兩物體之間的正壓力Fn和動(dòng)摩擦因數(shù)有關(guān),且二者確定,摩擦力即確定.對(duì)于靜摩擦力的分析要依據(jù)物體所處的狀態(tài)判定.當(dāng)物體處于平衡態(tài)時(shí),依據(jù)平衡條件判定.當(dāng)物體處于非平衡態(tài)時(shí),要結(jié)合運(yùn)動(dòng)和受力共同分析,物體所受的外力與加速度遵從牛頓第二定律,即∑F=ma.
二、從力的作用效果上認(rèn)識(shí)摩擦力
從摩擦力定義的角度看摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢.學(xué)生總是錯(cuò)誤地認(rèn)為摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng),是阻力.其實(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體,所受的摩擦力是不是阻力,除了看摩擦力的大小外,還要看其相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向.如果物體受到摩擦力而物體不運(yùn)動(dòng),則這個(gè)力必與物體受到的其他外力的合力構(gòu)成平衡力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向相反時(shí),摩擦力為阻力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向一致時(shí),摩擦力為動(dòng)力.
例3一物體A相對(duì)于傳送帶靜止,如圖3所示,當(dāng)傳送帶由靜止突然向下逐漸增加加速度的過程中,設(shè)傳送帶傾角為θ,物塊與傳送帶間摩擦因數(shù)為μ.試分析物體A的摩擦力大小和方向?
解析(1)初始狀態(tài):A物體的摩擦力f=mgsinθ(摩擦力為平衡力)
學(xué)生對(duì)摩擦力的理解是中學(xué)物理的一個(gè)重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn),學(xué)生如果不能深刻把握摩擦力的本質(zhì),將影響到對(duì)題目的正確理解,可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn).本文從摩擦力概念的內(nèi)涵角度以及對(duì)摩擦力的作用效果、摩擦力做功的外延角度來通過具體的實(shí)例分析,進(jìn)一步揭示摩擦力的本質(zhì)屬性,以求對(duì)摩擦力有一個(gè)全面深刻的理解.
一、由概念的內(nèi)涵解讀摩擦力
互相接觸的兩個(gè)物體,當(dāng)它們有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí),就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,這種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用力稱為摩擦力.摩擦力的產(chǎn)生需同時(shí)具備以下四個(gè)條件:①兩物體有相互接觸;②兩物體相互擠壓,有形變,有彈力(正壓力);③兩物體接觸面粗糙 ;④兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢.摩擦力是從兩物體之間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢進(jìn)行分類的,可分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力兩種.下面對(duì)兩者做一些具體分析.
滑動(dòng)摩擦力其大小為F=μFN ,說明摩擦力與兩物體間的內(nèi)在因素有關(guān),由動(dòng)摩擦因數(shù)和接觸面的正壓力決定,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反.
例1已知一些材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)如下表所示.
材料1木-金屬1木-木1木-冰1鋼-鋼動(dòng)摩擦因數(shù)10.2010.3010.0310.25如圖1所示,一質(zhì)量為1.0 kg的物塊放置在某材料制作的固定斜面上,斜面傾角為30°,現(xiàn)用彈簧秤沿斜面方向以1 m/s2的加速度拉此物塊,使其勻加速上升,讀得彈簧秤的示數(shù)為8.17 N,則兩接觸面的材料可能是(g取10 m/s2) ( )
A.木-金屬 B.木-木
C.鋼-鋼 D.木-冰
解析分析物塊受力,由牛頓第二定律得
F-Mgsin 30°-μMgcos30°=Ma
所以μ=F-Mgsin 30°-MaMgcos 30°=0.25,C正確.
靜摩擦力是介于0到最大靜摩擦力μFN之間的一個(gè)力,其大小受外界因素影響,與物體受其它外力以及物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),與接觸面的正壓力無直接關(guān)系;其方向與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢相反.物體受不受靜摩擦力其方向向哪、大小是多少,是有章可循的.作為靜摩擦力的方向一般從定義上和物體所處的狀態(tài)來判定,本文著重從物體所處狀態(tài)判定靜摩擦力方向;作為靜摩擦力的大小一般從物體所處的兩種狀態(tài)來考慮:一種是物體處于平衡態(tài),一種是物體處于非平衡態(tài).
處于相對(duì)靜止的兩物體平衡態(tài)時(shí),物體間的靜摩擦力根據(jù)力的平衡條件,其大小與除靜摩擦力之外的其他外力的合力大小相等方向相反,即F合=f;處于相對(duì)靜止的兩物體其加速度不為零,即處于非平衡態(tài)時(shí),其靜摩擦力的判定:首先是看其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),確定加速度;再就是分析物體受其他外力情況,對(duì)物體運(yùn)用牛頓第二定律來判定靜摩擦力的大小和方向.
例2 A、B兩物體疊放在光滑水平桌面上,質(zhì)量分別為M和m,如圖2,水平恒力F作用在A物體上,使二者保持相對(duì)靜止一起運(yùn)動(dòng),分析A、B間摩擦力大小.
解析A、B一起向右運(yùn)動(dòng)必有共同加速度,對(duì)整體有
F=cm+ma, a=F/(M+m).
對(duì)B物體:受到向右的靜摩擦力,f=ma=mF/(M+m)
綜上所述,滑動(dòng)摩擦力只與兩物體之間的正壓力Fn和動(dòng)摩擦因數(shù)有關(guān),且二者確定,摩擦力即確定.對(duì)于靜摩擦力的分析要依據(jù)物體所處的狀態(tài)判定.當(dāng)物體處于平衡態(tài)時(shí),依據(jù)平衡條件判定.當(dāng)物體處于非平衡態(tài)時(shí),要結(jié)合運(yùn)動(dòng)和受力共同分析,物體所受的外力與加速度遵從牛頓第二定律,即∑F=ma.
二、從力的作用效果上認(rèn)識(shí)摩擦力
從摩擦力定義的角度看摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢.學(xué)生總是錯(cuò)誤地認(rèn)為摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng),是阻力.其實(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體,所受的摩擦力是不是阻力,除了看摩擦力的大小外,還要看其相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向.如果物體受到摩擦力而物體不運(yùn)動(dòng),則這個(gè)力必與物體受到的其他外力的合力構(gòu)成平衡力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向相反時(shí),摩擦力為阻力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向一致時(shí),摩擦力為動(dòng)力.
例3一物體A相對(duì)于傳送帶靜止,如圖3所示,當(dāng)傳送帶由靜止突然向下逐漸增加加速度的過程中,設(shè)傳送帶傾角為θ,物塊與傳送帶間摩擦因數(shù)為μ.試分析物體A的摩擦力大小和方向?
解析(1)初始狀態(tài):A物體的摩擦力f=mgsinθ(摩擦力為平衡力)
學(xué)生對(duì)摩擦力的理解是中學(xué)物理的一個(gè)重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn),學(xué)生如果不能深刻把握摩擦力的本質(zhì),將影響到對(duì)題目的正確理解,可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn).本文從摩擦力概念的內(nèi)涵角度以及對(duì)摩擦力的作用效果、摩擦力做功的外延角度來通過具體的實(shí)例分析,進(jìn)一步揭示摩擦力的本質(zhì)屬性,以求對(duì)摩擦力有一個(gè)全面深刻的理解.
一、由概念的內(nèi)涵解讀摩擦力
互相接觸的兩個(gè)物體,當(dāng)它們有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí),就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,這種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用力稱為摩擦力.摩擦力的產(chǎn)生需同時(shí)具備以下四個(gè)條件:①兩物體有相互接觸;②兩物體相互擠壓,有形變,有彈力(正壓力);③兩物體接觸面粗糙 ;④兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢.摩擦力是從兩物體之間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢進(jìn)行分類的,可分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力兩種.下面對(duì)兩者做一些具體分析.
滑動(dòng)摩擦力其大小為F=μFN ,說明摩擦力與兩物體間的內(nèi)在因素有關(guān),由動(dòng)摩擦因數(shù)和接觸面的正壓力決定,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反.
例1已知一些材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)如下表所示.
材料1木-金屬1木-木1木-冰1鋼-鋼動(dòng)摩擦因數(shù)10.2010.3010.0310.25如圖1所示,一質(zhì)量為1.0 kg的物塊放置在某材料制作的固定斜面上,斜面傾角為30°,現(xiàn)用彈簧秤沿斜面方向以1 m/s2的加速度拉此物塊,使其勻加速上升,讀得彈簧秤的示數(shù)為8.17 N,則兩接觸面的材料可能是(g取10 m/s2) ( )
A.木-金屬 B.木-木
C.鋼-鋼 D.木-冰
解析分析物塊受力,由牛頓第二定律得
F-Mgsin 30°-μMgcos30°=Ma
所以μ=F-Mgsin 30°-MaMgcos 30°=0.25,C正確.
靜摩擦力是介于0到最大靜摩擦力μFN之間的一個(gè)力,其大小受外界因素影響,與物體受其它外力以及物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),與接觸面的正壓力無直接關(guān)系;其方向與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢相反.物體受不受靜摩擦力其方向向哪、大小是多少,是有章可循的.作為靜摩擦力的方向一般從定義上和物體所處的狀態(tài)來判定,本文著重從物體所處狀態(tài)判定靜摩擦力方向;作為靜摩擦力的大小一般從物體所處的兩種狀態(tài)來考慮:一種是物體處于平衡態(tài),一種是物體處于非平衡態(tài).
處于相對(duì)靜止的兩物體平衡態(tài)時(shí),物體間的靜摩擦力根據(jù)力的平衡條件,其大小與除靜摩擦力之外的其他外力的合力大小相等方向相反,即F合=f;處于相對(duì)靜止的兩物體其加速度不為零,即處于非平衡態(tài)時(shí),其靜摩擦力的判定:首先是看其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),確定加速度;再就是分析物體受其他外力情況,對(duì)物體運(yùn)用牛頓第二定律來判定靜摩擦力的大小和方向.
例2 A、B兩物體疊放在光滑水平桌面上,質(zhì)量分別為M和m,如圖2,水平恒力F作用在A物體上,使二者保持相對(duì)靜止一起運(yùn)動(dòng),分析A、B間摩擦力大小.
解析A、B一起向右運(yùn)動(dòng)必有共同加速度,對(duì)整體有
F=cm+ma, a=F/(M+m).
對(duì)B物體:受到向右的靜摩擦力,f=ma=mF/(M+m)
綜上所述,滑動(dòng)摩擦力只與兩物體之間的正壓力Fn和動(dòng)摩擦因數(shù)有關(guān),且二者確定,摩擦力即確定.對(duì)于靜摩擦力的分析要依據(jù)物體所處的狀態(tài)判定.當(dāng)物體處于平衡態(tài)時(shí),依據(jù)平衡條件判定.當(dāng)物體處于非平衡態(tài)時(shí),要結(jié)合運(yùn)動(dòng)和受力共同分析,物體所受的外力與加速度遵從牛頓第二定律,即∑F=ma.
二、從力的作用效果上認(rèn)識(shí)摩擦力
從摩擦力定義的角度看摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢.學(xué)生總是錯(cuò)誤地認(rèn)為摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng),是阻力.其實(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體,所受的摩擦力是不是阻力,除了看摩擦力的大小外,還要看其相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)方向.如果物體受到摩擦力而物體不運(yùn)動(dòng),則這個(gè)力必與物體受到的其他外力的合力構(gòu)成平衡力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向相反時(shí),摩擦力為阻力;當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與摩擦力方向一致時(shí),摩擦力為動(dòng)力.
例3一物體A相對(duì)于傳送帶靜止,如圖3所示,當(dāng)傳送帶由靜止突然向下逐漸增加加速度的過程中,設(shè)傳送帶傾角為θ,物塊與傳送帶間摩擦因數(shù)為μ.試分析物體A的摩擦力大小和方向?
解析(1)初始狀態(tài):A物體的摩擦力f=mgsinθ(摩擦力為平衡力)