李康月

(河北省唐山市宏文中學(xué) 063000)

一、靜摩擦力研究與實(shí)踐

例1 一小木塊放在水平桌面上用一彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)，在彈簧測(cè)力計(jì)的指針下輕塞一個(gè)小紙團(tuán)，它可以隨指針移動(dòng)，并作為指針到達(dá)最大位置的標(biāo)記(如圖，繼續(xù)用力，當(dāng)拉力達(dá)到某一數(shù)值Fmax時(shí)木塊開(kāi)始移動(dòng)，此時(shí)拉力會(huì)突然變小到F0.

答：由圖2示意圖看出，斜線(xiàn)表示物體不動(dòng)時(shí)靜摩擦力隨拉力的增大而增大，當(dāng)拉力增大到某一數(shù)值Fmax時(shí)，摩擦力也增大到某一最大值Fmax，此時(shí)摩擦力突然減小(在圖線(xiàn)的折線(xiàn)段)，再增大拉力，摩擦力也不變，說(shuō)明摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)擦力.由此可看出，當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值Fmax時(shí)，木塊便開(kāi)始移動(dòng).

例2 基本概念和易混淆的“三個(gè)方向”辨析

1.對(duì)定義中關(guān)鍵詞的理解

(1)“相對(duì)靜止”有兩層含義：一是兩個(gè)物體都靜止，二是兩個(gè)物體都做速度相同的運(yùn)動(dòng)，其中速度相同的運(yùn)動(dòng)包括一起做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和一起做初速度和加速度都相同的變速運(yùn)動(dòng).

(2)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”：相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)即可由外力引起，也可由接觸物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變而引起，如圖3所示的箱子靜置在平直的公路上行駛的平板車(chē)上，顯然箱子在水平方向上不受其他外力的作用，當(dāng)平板車(chē)勻速前進(jìn)時(shí)，箱子與平板車(chē)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故無(wú)靜摩擦力.當(dāng)平板車(chē)加速、減速、減彎時(shí)，箱子相對(duì)于平板車(chē)分別有向后、向前、向外的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

(3)“阻礙”：說(shuō)明了靜摩擦力的作用效果，阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).靜摩擦力既可與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同作動(dòng)力，也可與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反作阻力.例如上例中的平板車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)，箱子相對(duì)車(chē)箱靜止，那么，靜摩擦力相對(duì)箱子而言是動(dòng)力；若平板車(chē)做減速運(yùn)動(dòng)，箱子相對(duì)車(chē)箱靜止，那么，靜摩擦力相對(duì)箱子而言是阻力.

(4)產(chǎn)生條件：①兩物體在接觸面上有擠壓；②接觸面不光滑；③兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

(5)大?。喝鐖D4所示，水平面上放一靜止的物體，當(dāng)人用水平力F推時(shí)，此物體靜止不動(dòng)，這說(shuō)明靜摩擦力的大小等于F；當(dāng)人用2F的水平力去推時(shí)，物體仍靜止不動(dòng)，此時(shí)靜摩力的大小為2F.可見(jiàn)，靜摩擦力的大小隨推力的增大而增大，所以說(shuō)靜摩擦力的大小由外部因素決定.當(dāng)人的水平推力增大到某一值Fmax時(shí)，物體就要滑動(dòng)，此時(shí)靜摩擦力達(dá)到最大值，我們把Fmax叫做最大靜摩擦力，故靜摩擦力的取值是：0≤F≤Fmax.

2.易混淆的“三個(gè)方向”的辨析

運(yùn)動(dòng)方向：物體的運(yùn)動(dòng)方向一般指物體相對(duì)地球(地球?yàn)閰⒖枷?的運(yùn)動(dòng)方向.

相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向：物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，指以其中一個(gè)物體A為參考系，另一個(gè)物體B的運(yùn)動(dòng)方向，即為物體B相對(duì)A的運(yùn)動(dòng)方向，反之也可.

相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向：即由于兩物體間靜摩擦力的存在導(dǎo)致的能發(fā)生而沒(méi)有發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，因此我們可用假設(shè)法(假設(shè)無(wú)靜摩擦力)判定.

二、滑動(dòng)摩擦力研究

(1)定義：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)的時(shí)候，會(huì)受到另一個(gè)物體阻礙它滑動(dòng)的力，這種力叫做滑動(dòng)摩擦力.

(2)大?。簩?shí)驗(yàn)表明，滑動(dòng)摩擦力的大小跟壓力成正比，也就是跟兩個(gè)物體表面間的垂直作用力成正比.如果用F表示滑動(dòng)摩擦力的大小，用FN表示壓力的大小，則有F=μFN.

對(duì)公式F=μFN的理解與應(yīng)用:①μ是比例常數(shù)，叫做動(dòng)摩擦因素.物理意義：反映接觸面本身特性的物理量，它與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān)，與接觸面積大小無(wú)關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，與物體的受力情況無(wú)關(guān)，沒(méi)有單位.②滑動(dòng)摩擦力F大小與FN成正比，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān).③公式F=μFN中的FN是兩個(gè)物體接觸面間的壓力，俗稱(chēng)“正壓力”.

(3)產(chǎn)生條件：①兩接觸的物體必須相互擠壓，發(fā)生形變，有彈力；②兩物體間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；③兩接觸面不光滑.

(4)方向：①滑動(dòng)摩擦力的方向總是跟它們的接觸面相切并且跟它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.②判定滑動(dòng)摩擦力的方向的方法

第一步，滑動(dòng)摩擦力的方向總跟接觸面相切；

第二步，確定物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，先選取其中一個(gè)物體為參考系(假設(shè)為靜止)，判定另一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)方向，即為相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向；

第三步，物體所受滑動(dòng)摩擦力的方向一相對(duì)另一物體的運(yùn)動(dòng)方向相反.

③滑動(dòng)摩擦力方向可能跟物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，也可能跟運(yùn)動(dòng)方向相同.

(5)續(xù)表

滑動(dòng)摩擦力靜摩擦力方向判斷(1)選取受力物體(2)確定施力物體(3)判斷受力物體相對(duì)施力物體的運(yùn)動(dòng)方向(4)滑動(dòng)摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反(1)選取受力物體(2)確定施力物體(3)利用假設(shè)法判斷受力物體相對(duì)施力物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向(4)摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反

三、摩擦力大小的計(jì)算

在計(jì)算摩擦力的大小之前，必須首先分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，判斷是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力.

1.滑動(dòng)摩擦力大小的計(jì)算

滑動(dòng)摩擦力力的大小遵從摩擦定律，即Ff=μFN.式中μ叫動(dòng)摩擦因素，它的數(shù)值跟兩個(gè)相關(guān)物體的材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)；FN是接觸面的正壓力，它與物體的重力G是兩種不同性質(zhì)的力，F(xiàn)N的大小，方向與G的大小、方向均不一定相同.滑動(dòng)摩擦力力Ff的大小跟物體的運(yùn)動(dòng)速度、接觸面面積的大小沒(méi)有關(guān)系.計(jì)算滑動(dòng)摩擦力的大小的關(guān)鍵是根據(jù)平衡方程或動(dòng)力學(xué)方程(后面將學(xué)習(xí))計(jì)算壓力FN的大小.

2.靜摩擦力大小的計(jì)算

靜摩擦力問(wèn)題一般應(yīng)根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況(靜止、勻速運(yùn)動(dòng)或變速運(yùn)動(dòng))，利用平衡方程或動(dòng)力學(xué)方程(后面將學(xué)習(xí)，現(xiàn)在可用二力平衡的知識(shí))求解，靜摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，其數(shù)值在0～Ffmax之間(Ffmax為最大靜摩擦力)，F(xiàn)fmax略大于滑動(dòng)摩擦力Ff，通?？山普J(rèn)為Ffmax=Ff.

[1]張婧. 高中物理力學(xué)解題策略探究[J]. 高中數(shù)理化，2016(24).