走出摩擦力分析的误区论文_周斌

〔摘要〕摩擦力是高中物理的重点内容,也是难点。而摩擦力又是一种非常灵活的力。对于物体间是否有摩擦力、如何判断摩擦力的性质和方向、怎样计算摩擦力的大小。不少学生存在一些模糊不清的甚至错误的认识。本文对高中物理教学中如何走出摩擦力的分析误区做了相关探讨。

〔关键词〕静摩擦力滑动摩擦力动摩擦因数动力阻力弹力

正确理解摩擦力的关键,首先在于认识运动与相对运动的区别。其次,判断静摩擦力方向和大小时,应先分析物体的运动状态,再根据平衡条件或牛顿运动定律求解,而不应仅凭感觉和经验来判断。根据学生学习中对摩擦力分析时所出现的一些常见错误,现归类分析如下。

错误一:静止的物体受到的摩擦力必定是静摩擦力,运动的物体受到的摩擦力必定是滑动摩擦力。

正确认识:滑动摩擦力产生于两个有相对运动的物体之间,静摩擦力产生于两个相对静止且有运动趋势的物体之间。必须注意,这里的“相对运动”和“相对静止”是指以相互有摩擦力作用的一个物体为参考系,另一个物体相对于这个物体的位置而言的。但通常所谓的“静止”和“运动”常以地面为参考系,所以受静摩擦力作用的物体不一定静止,受滑动摩擦力作用的物体不一定运动。

例1:图1 中,用力F 拉着物体B 在光滑的地面上运动,A 与B 保持相对静止,物体A的受到的摩擦力方向如何?什么类型的摩擦力?图2 中,物体A 用细绳固定在墙上,用力F 拉物体B,在物体B 运动的过程中,物体A受到的摩擦力方向如何?是什么类型的摩擦力?

分析:图1 中,将A 与B 看成一个整体,由于地面是光滑的,所以AB 整体在水平方向上只受到向左的拉力F 的作用,因而有向左的加速度,由于A 与B 保持相对静止,故有相同的加速度,对A 来说,水平方向受到的合力向左,由于这个向左的合力只能是物体B 施加给的,也即是只能是B 对A 的摩擦力来提供,这个摩擦力属于静摩擦力。所以说运动的物体受到的摩擦力不一定是滑动摩擦力。图2 中,A 是静止的,但它相对于B是运动的,故A 与B 之间产生的是滑动摩擦力,摩擦力大小与绳拉A 的拉力相等,摩擦力的方向与绳上的拉力方向相反。所以不能绝对地说静止的物体受静摩擦力,运动的物体受滑动摩擦力。

错误二:摩擦力总是阻碍物体的运动,即摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反。

正确认识:摩擦力的作用效果总是起着阻碍两物体间相对运动或运动趋势的作用,但这并不等于摩擦力阻碍运动或运动运动趋势,即摩擦力可以是动力,也可以是阻力。是动力时摩擦力的方向必定与物体运动方向一致,是阻力时必定与物体运动方向相反。

如图3 示,木箱放在汽车上,当汽车突然向前启动时,无论木箱相对汽车是打滑还是静止,汽车对木箱的摩擦力都是向前的,此时摩擦力对木箱起着动力的作用。另外还有,人走路时,脚受到的静摩擦力方向与人前进的方向一致,是人前进的动力。在公路上行驶的汽车,在没有关闭发动机时,主动轮受到的摩擦力与车前进的方向一致,是车前进的动力;从动轮受到的摩擦力与车前进的方向相反,是车前进的阻力。

错误三:摩擦力和弹力总是同时产生、同时消失。

正确认识:产生的摩擦力条件可归纳为:①两物体必须接触;②接触面粗糙;③接触面间有弹力存在;④两物体向有相对运动或相对运动趋势。这四个条件是紧密相联的、缺少其中任意一个条件都不能产生摩擦力。在分析物体受摩擦力时,要根据产生摩擦力的条件全盘考虑。

由产生摩擦力的条件可知,弹力是产生摩擦的必要条件,但不是充分条件。因此有弹力不一定有摩擦力。即两者不同时产生,同时消失;有可能先有弹力后有摩擦力;在一定条件下摩擦力消失了,但弹力可能还在。

如图4 所示是以一定的速度匀速运动的传送带。现将物体m 无初速放在左端,两者的接触面粗糙,物体m 受到一个向右的滑动摩擦力而加速运动。当速度增加到与传送带的速度相等时(此时物体m 还在传送带上),物体以后保持与传送带相同的速度作匀速直线运动,即以后不再受到传送带对它的滑动摩擦力的作用,但弹力还在。

错误四:摩擦力大小总与物体间正压力成正比。

正确认识:摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力。静摩擦力大小的取值范围为0≤F静≤Fm (Fm 为最大静摩擦力),静摩擦力与正压力无关。在计算过程中可以根据物体的平衡条件或牛顿运动定律来求。但要特别注意的是物体之间的最大静摩擦力与正压力的大小是有关的。

例2:如图5 所示,轻绳跨过定滑轮,它的两端分别连着物体A 和B,A 比B 重,A 和B 均保持静止。A 与水平桌面间的动摩擦因数为μ。如果在物体A 上再加一个法码,则以下结论正确的是(不计滑轮摩擦)( )。

A.A 对桌面的压力和静摩擦力都将增大

B.A 对桌面的压力和静摩擦力都将减小C.A 与桌面间的静摩擦力将保持不变D.A 与桌面间的最大静摩擦力将增大解析:A 在绳拉力作用下有向左的运动趋势,受静摩擦力的方向向右,大小等于绳的拉力。在A 上再加一个法码,增加了A 对桌的压力,增大了A 与桌面间的最大静摩擦力,但A 受的静摩擦力始终与绳的拉力平衡,与压力变化无关,保持不变。正确答案为C,D。

作者单位:贵州省普定县第一中学

论文作者:周斌

论文发表刊物:《教育研究》2015年8月供稿

论文发表时间:2015/11/20

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