湖南省長(zhǎng)沙市周南中學(xué)(410645)

薛欽方●

高中物理摩擦力問題的分析思路探析

湖南省長(zhǎng)沙市周南中學(xué)(410645)

薛欽方●

在高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)中，摩擦力問題是其中相當(dāng)重要的一部分內(nèi)容.高中生在解答物體受力問題的過程中，對(duì)于摩擦力的分析是最容易出錯(cuò)的地方，而且靜摩擦力的分析在所有摩擦力中是最難分析的一種.本文主要從多個(gè)角度對(duì)摩擦力的產(chǎn)生和類型進(jìn)行分析，并在實(shí)際案例中對(duì)摩擦力問題的解題思路進(jìn)行講解.

高中物理；摩擦力；靜摩擦力；動(dòng)摩擦力；解題思路

高中生在物理課堂中必然會(huì)學(xué)到摩擦力這部分內(nèi)容，根據(jù)物體狀態(tài)不同，摩擦力可以分為靜摩擦力和動(dòng)摩擦力兩種.我們?cè)趯W(xué)習(xí)靜摩擦力常常會(huì)感到十分吃力，究其原因就是解題的思路有偏差，沒有精確掌握到相應(yīng)的解題方法，因此在對(duì)于物體的受力分析中，要想掌握摩擦力的受力情況，就必須掌握摩擦力產(chǎn)生的條件是什么.下面我們就來具體分析一下.

一、摩擦力的產(chǎn)生條件

1.物體接觸面粗糙且相互之間存在彈力

在物體摩擦力的分析當(dāng)中，同學(xué)們較為容易理解和掌握接觸面粗糙這一必備條件，但是容易忽略掉物體之間的彈力這一產(chǎn)生摩擦力的關(guān)鍵因素.很多同學(xué)在做題時(shí)經(jīng)?？吹絻蓚€(gè)互相接觸的物體就認(rèn)為他們之間存在摩擦力，而不會(huì)認(rèn)真分析他們之間是否有擠壓力的存在.在現(xiàn)實(shí)生活中，兩個(gè)物體看去相互接觸，但是不存在任何彈力的情況是存在的.因此我認(rèn)為要判斷兩個(gè)接觸的物體之間是否存在擠壓力的最好辦法是將其中一個(gè)物體撤去，然后觀察另外一個(gè)物體是否會(huì)受到影響.假如另一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，那么就證明有彈力，反之則沒有，這樣就能夠排除摩擦力的存在了.

2.物體存在相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)

物體存在相對(duì)滑動(dòng)是比較容易判斷的，然而相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的存在則是一個(gè)難以判斷的摩擦狀態(tài)，因?yàn)橄鄬?duì)滑動(dòng)趨勢(shì)具有隱蔽性和可變性，對(duì)于初學(xué)物理的學(xué)生來講，想要精確判斷還存在很多困難，這還需要我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和做題過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn).

二、摩擦力做功特點(diǎn)分析

1.靜摩擦力作用特點(diǎn)

對(duì)于靜態(tài)摩擦力來說他對(duì)于物體在運(yùn)動(dòng)過程中既可以起到動(dòng)力的作用，也可以起到阻力的作用，也就是說它既可以做正功，也可以做負(fù)功.靜摩擦力作用在物體上，只能是將物體之間的機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換而不能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量.對(duì)于靜摩擦力來說，在一個(gè)相互作用的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)靜摩擦力做功的總代數(shù)和為零.例如，在兩個(gè)互相存在靜摩擦力的物體甲和乙來說，甲對(duì)乙的摩擦力和乙對(duì)甲的摩擦力大小相等，方向相反.甲乙兩個(gè)物體在移動(dòng)過程中，其相對(duì)于地面的所作的位移相同，所以這一對(duì)互相作用的靜摩擦力一個(gè)做正功，一個(gè)做負(fù)功，且其做功的總代數(shù)和為零.

2.動(dòng)摩擦力作用特點(diǎn)

一般我們?cè)谧鰟?dòng)摩擦力的題時(shí)，一般都認(rèn)為摩擦力是做功的，其實(shí)不然，滑動(dòng)摩擦力在物體的運(yùn)動(dòng)過程中也可能是不做功的，例如兩個(gè)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中一個(gè)物體相對(duì)于地面靜止，那么滑動(dòng)摩擦力對(duì)這個(gè)物體是不做功的.

3.動(dòng)摩擦力的分析

在分析滑動(dòng)摩擦力的時(shí)候，首先必須滿足上述摩擦力產(chǎn)生兩個(gè)條件，然后就需要對(duì)物體的滑動(dòng)方向進(jìn)行分析，但是我們?cè)诜治龅臅r(shí)候需要注意以下兩點(diǎn)：(1)正壓力分析

所謂正壓力就是指在物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中，與接觸面互相垂直的壓力，假如接觸面是一個(gè)平面，那么正壓力就垂直于平面，如果是曲線面，那么正壓力的方向應(yīng)該與接觸點(diǎn)的切線方向垂直.如圖1所示：

圖1

將一個(gè)質(zhì)量為m的物體，從斜面頂端由靜止勻加速滑下，物體與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,斜面與水平面的夾角為α，求物塊所受摩擦力的大小是多少？

解析 我們將物體所受的力進(jìn)行分解，如圖1所示，G1=mgcosα,G2=mgsinα且N=G1=mgcosα.因此我們由牛頓定律可以得出物塊所受到的正壓力是F=N=mgcosα，所以物體所受的摩擦力為f=μF=μmgcosα.

(2)明確掌握物體的相對(duì)滑動(dòng)方向

圖2

在物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，滑動(dòng)摩擦力既能起到阻力的作用，也能為物體滑動(dòng)提供動(dòng)力.滑動(dòng)摩擦力在兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的物體之間是成對(duì)出現(xiàn)的.如圖2所示在力F的作用下，A物體對(duì)B物體有摩擦力，那么同時(shí)B物體也會(huì)對(duì)A物體產(chǎn)生摩擦力，那么在運(yùn)動(dòng)的過程中B物體受到的摩擦力就成為了B物體前進(jìn)的動(dòng)力.

4.靜摩擦力的分析

在靜摩擦力的分析中，經(jīng)常讓很多同學(xué)感到頭疼的是對(duì)靜摩擦力方向的判斷.因?yàn)殪o摩擦力是物體在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生的，它的方向正好與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.我認(rèn)為借助物理規(guī)律和靜摩擦力的產(chǎn)生條件來分析將會(huì)對(duì)解題思路有很大幫助.(1)分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)來判斷靜摩擦力的方向運(yùn)用這種方法來分析靜摩擦力首先要假定他們的接觸面是不光滑的，假定物體沒有受到摩擦力的情況下來分析物體的滑動(dòng)趨勢(shì)，這個(gè)滑動(dòng)的方向就是物體在實(shí)際情況下物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向，那么靜摩擦力的方向就是運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向的相反方向.下面我們就通過一個(gè)例題來說明一下靜摩擦力的方向判斷問題.

圖3

例 在傳送帶上放置一個(gè)物體，當(dāng)傳送帶勻速的向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，這時(shí)傳送帶上的物體相對(duì)于傳送帶來說是處于靜止的，如圖3所示，這時(shí)物體受到的力有豎直向下的重力以及垂直于接觸面的支撐力，那么請(qǐng)判斷一下此時(shí)物體受到的摩擦力是什么方向的.

解析方法 由于物體是隨著傳輸帶的運(yùn)動(dòng)而勻速向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)物體在多種力的作用下處于相對(duì)平衡狀態(tài)，因此根據(jù)物體在靜止?fàn)顟B(tài)下受力平衡的規(guī)律，我們可以判斷靜摩擦力的方向是沿著傳送帶的斜面向上的.

[1]田淑芳.高中物理摩擦力教學(xué)淺談[J].甘肅教育.2012(05):25-28 [2]包文維.摩擦力教學(xué)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].甘肅教育.2009(18):63-66

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