裴婭婭

[摘要]摩擦力是現(xiàn)實生活中常見的，也是物理教學中的重難點知識。實際教學中，學生對摩擦力的有無、大小、方向常感到困惑。影響了學生下一步物理知識的學習。文章結(jié)合教學實踐對摩擦力的大小和方向進行分析探討。

[關(guān)鍵詞]摩擦力，大小，方向

[中圖分類號]G633.7[文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）11-0043-02

高中階段所學的摩擦力是在初中學習的摩擦力的基礎(chǔ)上的延伸和拓展，摩擦力是《相互作用力》這一章的重點，同時也是難點。在這一章先介紹了重力和彈力，最后講述摩擦力，我們知道摩擦力的產(chǎn)生需要滿足相應(yīng)的條件：①兩物體相互接觸;②兩物體相互擠壓并發(fā)生形變;③接觸面粗糙;④有相對運動或相對運動趨勢。按有相對運動趨勢和已經(jīng)有了相對運動來分，可分為靜摩擦力和滑動摩擦力。本文結(jié)合典型問題對摩擦力的大小和方向進行分析。

一、靜摩擦力

用外力F推地面上的一個物體，外力F從O開始增大，物塊相對地面靜止一段時間，然后開始滑動，如圖1所示。

分析：物體靜止時所受合力為零，水平方向有f=F，f隨F的增大而增大。當力F取f_max時，物體開始運動，我們把f_max，叫最大靜摩擦力，所以靜摩擦力的大小沒有確定的計算公式，只需要掌握其取值范圍，在具體問題中依據(jù)物體狀態(tài)，結(jié)合力的知識進行分析。

靜摩擦力的取值范圍是0max（說明：在近似處理時都認為f_max=f_μ）。

[例1]如圖2所示，用沿水平方向的推力F將重力為C的物塊壓在豎直墻面上，物塊靜止，下列判斷正確的是（）。

A.當F增大時，摩擦力將增大

B，當F減小時，摩擦力將減小

C，只有F不變時，摩擦力不變

D，摩擦力大小與F大小無關(guān)

解析：靜止時，物塊所受靜摩擦力f=G，保持不變。選項D正確。

[例2]如圖3所示，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一個水平推力作用下緊靠著滑塊A（A、B接觸面豎直），這時A恰好不滑動，B恰好不下滑。已知A與B之間的動摩擦因數(shù)是μ₁，A與地面間的動摩擦因數(shù)是μ₂，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。A與B的質(zhì)量之比為（）。

2.靜摩擦力的方向

兩個物體相互接觸時，有些情況下相對運動趨勢的方向很容易判別，但是在某些情形下方向不好確定，本文總結(jié)以下判斷方法。

（1）由相對運動趨勢的方向直接判斷

直接由“方向和相對運動趨勢方向相反并沿著接觸面”進行判斷，這個方法是判斷靜摩擦力方向的基本方法。

（2）不好直接判斷時，可以用以下方法判斷。

①假設(shè)法

先假設(shè)物體沒有受靜摩擦力作用，如果物體所處的狀態(tài)還和以前一樣說明假設(shè)成立。如果物體狀態(tài)會發(fā)生變化說明假設(shè)與實際矛盾，由此判斷靜摩擦力方向與假設(shè)不存在時相對運動方向相反。

②狀態(tài)法

一個物體靜止時，對物體受力分析，可按重力、彈力、摩擦力的次序進行，彈力方向和重力方向可以確定，根據(jù)力的合成法則可以間接判斷方向。研究對象不平衡時，依據(jù)物理情景判斷合力方向，然后間接確定靜摩擦力方向。

[例3]如圖4所示，一個小球靜止在水平面上，判斷摩擦力的方向。

解析：豎直方向的受力分析如圖5所示，一定有重力和支持力。假設(shè)沒有摩擦力，則小球靜止;假設(shè)有向右的摩擦力，則破壞了平衡。結(jié)論是不受摩擦力作用。

[例4]如圖6所示，一輛小車加速向右行駛，車內(nèi)有一木箱與車保持相對靜止，判斷木箱與小車間摩擦力的方向。

解析：對木箱進行受力分析，豎直方向重力和支持力平衡。水平方向只可能受小車對木箱的摩擦力，木箱隨小車向右加速運動，合力水平向右，存在靜摩擦力，方向水平向右。

二、滑動摩擦力

兩個相互接觸的物體，如果擠壓形變，接觸面粗糙，且發(fā)生相對運動，則沿接觸面方向有相互作用的滑動摩擦力。

1.滑動摩擦力的方向

滑動摩擦力方向比靜摩擦力方向容易判斷，直接沿著接觸面，并與相對運動方向相反。

[例5]判斷以下3種情況下摩擦力的方向。

A，物體在粗糙水平面上向右運動，如圖7所示。

B，物體和小車都向右運動，小車速度大于物體速度，如圖8所示。

C，水平傳送帶以速度v₁向右運動，一物體從右端以速度v₂滑上傳送帶，如圖9所示。

解析：A中，物體相對粗糙水平面向右運動，摩擦力方向向左。B中，因小車速度大于物體的運動速度，所以物體相對小車向左運動，摩擦力方向向右。C中，物體相對傳送帶向左運動，所以摩擦力向右。

2.滑動摩擦力的大小

我們用力推一個物體，開始物體不動，僅僅有運動的趨勢，當力增大到某一值時，物體開始運動，摩擦力由靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒幽Σ亮?。實驗研究表明，滑動摩擦力的大小與摩擦系數(shù)μ和正壓力F_N有關(guān)，關(guān)系式是f_μ=μF_N。計算滑動摩擦力的大小最重要的是通過受力分析，準確計算正壓力的大小。

[例6]一個質(zhì)量為50kg的物體靜止在水平地面上（如圖10），用沿水平方向的大小變化的力去推，物體與地面之間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。第一次用100N的水平力推物體，物體沒動，第二次用300N的力推，求兩次推物體時摩擦力的大小。

解析：最大靜摩擦力f_max=μf_N=μmg=250（N）

第一次摩擦力是靜摩擦力，f=100N

第二次是滑動摩擦力，f_μ=μF_N=250N

[例7]如圖11.一物體以一定的速度勻速滑上傾角為30°的斜面，物體與斜面間的摩擦系數(shù)為0.5.物體質(zhì)量為1kg，同時給物體施加水平向左的恒力F=10N，求物體與斜面之間的滑動摩擦力的大小。

解析：受力分析如圖11所示，mg=10N，沿斜面方向建立x軸，垂直斜面方向建立y軸。y方向合力為O。

分析摩擦力時，首先要判斷是否存在相互作用的彈力，沒有彈力就沒有摩擦力，有彈力才有產(chǎn)生摩擦力的可能。需要強調(diào)的是，受力分析應(yīng)按照重力、彈力、摩擦力的次序畫示意圖。其次，在有摩擦力存在時，一定要分清是靜摩擦力還是滑動摩擦力，靜摩擦力往往要根據(jù)力的平衡來解，滑動摩擦力直接由公式計算。以上是常見的與摩擦力有關(guān)的題型，只要掌握了這幾種方法，就能正確分析物體的受力情況。