湖南師范大學附屬中學(410083)

陳舒妤●

例解摩擦力的分析思路與方法

湖南師范大學附屬中學(410083)

陳舒妤●

摩擦力是中學物理的重要學習內(nèi)容.中學物理常見問題為判斷摩擦力方向與計算摩擦力大小，實例說明了摩擦力的解題思路與方法.

摩擦力；方向判斷；大小計算

摩擦力是日常生活中最常見的一種力.中學物理經(jīng)常涉及到的是靜摩擦力和滑動摩擦力，主要包含摩擦力的方向判斷和大小計算兩個問題.下面就摩擦力解題思路與方法談談我在學習過程中的體會.

首先，我們要明確摩擦力的定義：兩個相互接觸的物體，當它們具有相對運動的趨勢或發(fā)生相對運動時，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動趨勢或相對運動的力.實際上，對于中學物理，還要滿足接觸面不光滑的條件，摩擦力才能產(chǎn)生.因此，如習題中明確指出接觸面為光滑時，我們一般不必考慮摩擦力.這樣，在接觸面粗糙的情況下(有時習題不會明確接觸面是否光滑)，在具體問題分析中，要能夠根據(jù)摩擦力的產(chǎn)生條件，同時結(jié)合受力分析以及力的相互作用關(guān)系等方法來判斷摩擦力的有無和方向，并對其進行計算.下面舉例說明.

圖1

例1 [自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，湖南教育出版社，2015年5月第2版] 如圖1三個木塊A、B、C在水平推力F的作用下靠在豎直墻上，且處于靜止狀態(tài)，則下列說法正確的是( ).

1.A與墻的接觸面可能是光滑的

2.B受到A作用的摩擦力，方向豎直向下

3.B受到A作用的靜摩擦力，方向與C作用在B上的靜摩擦力方向相反

4.當力F增大時，A受到墻作用的靜摩擦力不增大.

分析 由于C物體周圍接觸面最少，首先分析C受力情況：豎直方向上，C保持靜止，則C必受B對其豎直向上的摩擦力以與重力保持平衡.接下來分析B的受力情況：根據(jù)作用力與反作用力相互關(guān)系，則B必受C對其豎直向下的摩擦力，結(jié)合B所受重力，則B同時需受A對其豎直向上的摩擦力以保持平衡.最后分析A的受力情況：根據(jù)作用力與反作用力相互關(guān)系，則A必受B對其豎直向下的摩擦力，結(jié)合A所受重力，則A同時需受墻面對其豎直向上的摩擦力以保持平衡，故A與墻的接觸面不可能光滑.另外，當力F增大時，將A、B、C看做一個整體，A受到墻的向上的摩擦力，與A、B、C所受重力保持平衡，則A受墻面對其豎直向上的摩擦力保持不變.故本題中答案C、D正確，與原書中配套提供的答案B、D有誤.

如果我們先從A物體開始分析，則將A、B、C看做一個整體，A需受到墻對其豎直向上的摩擦力，以與A、B、C重力平衡，并不隨F的增加而發(fā)生變化.再將B、C看做一個整體來進行分析，可判斷出B需受到A對其豎直向上的摩擦力，以與B、C重力平衡.同理C需受到B對其豎直向上的摩擦力以與C重力平衡，則根據(jù)作用力與反作用力相互關(guān)系，B則受到C對其豎直向下的摩擦力.同樣可以判斷答案C、D正確.

可見，我們在判讀摩擦力的有無與方向時，綜合運用了力的平衡和力的作用力與反作用力相互關(guān)系.

圖2

例2 [自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，湖南教育出版社，2015年5月第2版]

如圖2所示，位于水平桌面上的物塊P，由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連，從滑輪到P和到Q的兩段繩都是水平的.已知Q與P之間以及P與桌面之間的動摩擦因數(shù)都是μ，兩物塊的質(zhì)量都是m，滑輪的質(zhì)量、滑輪軸上的摩擦都不計.若用一水平向右的拉力F作用拉Q使它做勻速運動，則F的大小為( ).

A.μmgB. 2μmgC. 3μmgD. 4μmg

分析 對物塊Q，設(shè)跨過定滑輪的上端輕繩拉力為T(方向向左)，同時Q相對于P向右運動，則物塊Q要受到物塊P對其施加的向左的滑動摩擦力fP對Q=μFN=μmg，由于物塊做勻速直線運動，則物塊Q的平衡條件：T+fP對Q=F①.對物塊P，除受到下端輕繩拉力T(方向向左)外，由于P相對于地面向左運動，要受到地面對P向右的摩擦力f地對P=2μmg；同時，根據(jù)作用力與反作用力關(guān)系，物塊P要受到物塊Q對其施加的向右的滑動摩擦力fQ對P=fP對Q=μmg，據(jù)物塊P的平衡條件：T=fQ對P+f地對P②.所以：F=T+fP對Q=fQ對P+f地對P+fP對Q=4μmg.故正確答案選D.

綜上，我們在進行摩擦力的分析與計算時，首先要分析是靜摩擦力還是滑動摩擦力，根據(jù)其產(chǎn)生條件判斷其有無和方向，然后再進行定量計算.靜摩擦力大小在零和最大靜摩擦力之間變動，其數(shù)值由物體所受外力和運動狀態(tài)決定，與接觸面間的正壓力無關(guān).滑動摩擦力可采用公式F=μFN求解(FN是物體接觸面之間的壓力)，其大小與運動速度、接觸面積無關(guān).計算滑動摩擦力的大小時，注意根據(jù)力的平衡條件求出正壓力大小.

以上是我對摩擦力分析計算的體會，希望對同學們有關(guān)摩擦力問題的分析有所幫助.

[1] 自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，叢書主編：謝永紅，本書主編：何宗羅.湖南教育出版社，2015年5月第2版.

[2] 5年高考·3年模擬·高中物理·必修1(RJ)，叢書主編：曲一線，本書主編，劉占想.首都師范大學出版社、教育科學出版社，2013年4月第4版，2015年5月第3次印刷.

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