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摩擦力的教学在高中物理中占有举足轻重的地位。它不但是力学的基础,也是组成整个高中物理知识的一块“基石”,所以对这部分内容的教学必须引起高度的重视。由于摩擦力问题的复杂性,且在具体问题中又表现出“动中有静,静中有动”,尤其静摩擦在许多情形下似乎又是“若有若无,方向不定”。因此,对于初学者来说不易理解。下面我从以下几个角度来认识它。
一、静止的物体可以受动摩擦力,运动的物体可以受静摩擦力
因为摩擦力和相对运动或趋势的方向有关系,所以运动的物体可以和其接触物相对静止。此时,若有摩擦为静摩擦力,而静止的物体可以和其接触物相对运动,此时,若有摩擦为动摩擦力。例如,手拿瓶子运动,此时,瓶子受到静摩擦力。而粗糙的桌子上有物体在桌子上运动时,它们之间相对运动,桌子受的摩擦力为动摩擦力。
二、摩擦力的方向是和相对运动或相对运动趋势的方向相反
相对运动的方向是指把一个物体作为参照物去考察,另一个物体相对与它所做的运动。相对运动趋势的方向是指如果没有摩擦力存在,两物体将要做的相对运动,因为有摩擦力存在,这个运动被阻止,這种要动没动的情况就叫相当运动趋势。因为有相对两字,相对运动方向可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上。所以摩擦力可以和运动方向相反、相同,还可以不在一条直线上。当摩擦力和运动方向相同时,此摩擦力是动力,当摩擦力和运动方向相反时,它是阻力。
例1:水平运动的皮带上轻轻放一小物体,分析它们之间摩擦力的方向?
分析:轻轻放,物体相对地的初速度为零,因为小物体相对皮带向后走,所以它受的摩擦力向前,因为小物体受到合力即摩擦力向前,它向前运动,其摩擦力的方向和其运动方向相同,摩擦力为动力。而皮带因相对物体向前运动,所以受摩擦力向后,其摩擦力的方向和其运动方向相同,其摩擦力为阻力。
例2:如图1所示,质量为M的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板的动摩擦因数为μ,由于光滑导轨A、B的控制,物体只能沿水平导轨运动。现使钢板以速度V2向右运动,同时用力F沿导轨方向拉物体使它以速度V1沿导轨运动求摩擦力的方向?
分析:因动摩擦力的方向是和相对运动的方向相反,物体相对钢板有一个向下速度V1,有一个向左的速度V2,所以合速度沿左偏下,如图2。根据摩擦力和相对运动方向相反,摩擦力是右偏上。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/xzks/xzks201104/xzks201104154-1-l.jpg)
当然,静摩擦力因为和相对运动趋势的方向相反,而运动趋势可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上,所以静摩擦力可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上。例如,手中拿着一物匀速运动,此时物体受静摩擦力和重力是平衡力,为方向向上,此时手可以向上运动,向下运动,水平、倾斜运动,摩擦力始终是竖直向上。
三、关于摩擦力的大小计算
滑动摩擦力公式为f=μN,静摩擦力是根据外力的大小由二力平衡或牛顿定律去求,其大小界于0和最大静摩擦力之间。所以,当我们求摩擦力时,首先要分清是什么摩擦,然后,再根据不同求法去求。
例3:用压力F把木块压在竖直的墙上使其保持静止,在压力不断减少至零的过程中,分析其摩擦力变化情况。
分析:因为一开始是静摩擦力,根据二力平衡,它和重力是平衡力,所以是不变的。但是,随着时间推移,压力减少,最大静摩擦减少,当重力和最大静摩擦相等时,物体以后开始滑动,摩擦力变为滑动摩擦力,由公式f=μN知,压力变小,摩擦力变小,直到压力为零时摩擦力也变为零。
四、关于摩擦力做功
无论哪种摩擦力,均可以做正功,做负功,还可以做零功。因为做功还要看位移,静止物体可受静摩擦力、动摩擦力,此时因没有位移,摩擦力做功为零功。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/xzks/xzks201104/xzks201104154-2-l.jpg)
例4:如图3,A、B叠放在一起,用力推A使两物体以一定加速度一起前进,试分析它们之间摩擦力做功情况。
分析:AB相对静止,B有向后运动趋势,所以受摩擦力。A受摩擦力向前,此摩擦力对它做正功。A受摩擦力向后,此摩擦力对它做负功。这两功在数值上相等,所以静摩擦力对系统不做功。相当于能量从一个物体转移到另一个物体。
我们再看一对滑动摩擦力做功情况,A、B叠放在一起放在光滑地面上,现以一定力推B,在滑动摩擦力作用下,A前进S时,B前进S+L,求滑动摩擦力做功多少?
分析:A受摩擦力向右,位移向右,所以摩擦力对其做正功,大小为FS。B受摩擦力向左,位移向右,所以摩擦力对其做负功,大小为F(S+L)。所以滑动摩擦力对系统做负功,大小为F(S+L)-FS=FL,其转化为内能。相当于A能量一部分转移到B物体,另一部分转化为内能。
一、静止的物体可以受动摩擦力,运动的物体可以受静摩擦力
因为摩擦力和相对运动或趋势的方向有关系,所以运动的物体可以和其接触物相对静止。此时,若有摩擦为静摩擦力,而静止的物体可以和其接触物相对运动,此时,若有摩擦为动摩擦力。例如,手拿瓶子运动,此时,瓶子受到静摩擦力。而粗糙的桌子上有物体在桌子上运动时,它们之间相对运动,桌子受的摩擦力为动摩擦力。
二、摩擦力的方向是和相对运动或相对运动趋势的方向相反
相对运动的方向是指把一个物体作为参照物去考察,另一个物体相对与它所做的运动。相对运动趋势的方向是指如果没有摩擦力存在,两物体将要做的相对运动,因为有摩擦力存在,这个运动被阻止,這种要动没动的情况就叫相当运动趋势。因为有相对两字,相对运动方向可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上。所以摩擦力可以和运动方向相反、相同,还可以不在一条直线上。当摩擦力和运动方向相同时,此摩擦力是动力,当摩擦力和运动方向相反时,它是阻力。
例1:水平运动的皮带上轻轻放一小物体,分析它们之间摩擦力的方向?
分析:轻轻放,物体相对地的初速度为零,因为小物体相对皮带向后走,所以它受的摩擦力向前,因为小物体受到合力即摩擦力向前,它向前运动,其摩擦力的方向和其运动方向相同,摩擦力为动力。而皮带因相对物体向前运动,所以受摩擦力向后,其摩擦力的方向和其运动方向相同,其摩擦力为阻力。
例2:如图1所示,质量为M的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板的动摩擦因数为μ,由于光滑导轨A、B的控制,物体只能沿水平导轨运动。现使钢板以速度V2向右运动,同时用力F沿导轨方向拉物体使它以速度V1沿导轨运动求摩擦力的方向?
分析:因动摩擦力的方向是和相对运动的方向相反,物体相对钢板有一个向下速度V1,有一个向左的速度V2,所以合速度沿左偏下,如图2。根据摩擦力和相对运动方向相反,摩擦力是右偏上。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/xzks/xzks201104/xzks201104154-1-l.jpg)
当然,静摩擦力因为和相对运动趋势的方向相反,而运动趋势可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上,所以静摩擦力可以和运动方向相同、相反,也可以不在一条直线上。例如,手中拿着一物匀速运动,此时物体受静摩擦力和重力是平衡力,为方向向上,此时手可以向上运动,向下运动,水平、倾斜运动,摩擦力始终是竖直向上。
三、关于摩擦力的大小计算
滑动摩擦力公式为f=μN,静摩擦力是根据外力的大小由二力平衡或牛顿定律去求,其大小界于0和最大静摩擦力之间。所以,当我们求摩擦力时,首先要分清是什么摩擦,然后,再根据不同求法去求。
例3:用压力F把木块压在竖直的墙上使其保持静止,在压力不断减少至零的过程中,分析其摩擦力变化情况。
分析:因为一开始是静摩擦力,根据二力平衡,它和重力是平衡力,所以是不变的。但是,随着时间推移,压力减少,最大静摩擦减少,当重力和最大静摩擦相等时,物体以后开始滑动,摩擦力变为滑动摩擦力,由公式f=μN知,压力变小,摩擦力变小,直到压力为零时摩擦力也变为零。
四、关于摩擦力做功
无论哪种摩擦力,均可以做正功,做负功,还可以做零功。因为做功还要看位移,静止物体可受静摩擦力、动摩擦力,此时因没有位移,摩擦力做功为零功。
![](https://www.soolun.com/img/pic.php?url=http://img.resource.qikan.cn/qkimages/xzks/xzks201104/xzks201104154-2-l.jpg)
例4:如图3,A、B叠放在一起,用力推A使两物体以一定加速度一起前进,试分析它们之间摩擦力做功情况。
分析:AB相对静止,B有向后运动趋势,所以受摩擦力。A受摩擦力向前,此摩擦力对它做正功。A受摩擦力向后,此摩擦力对它做负功。这两功在数值上相等,所以静摩擦力对系统不做功。相当于能量从一个物体转移到另一个物体。
我们再看一对滑动摩擦力做功情况,A、B叠放在一起放在光滑地面上,现以一定力推B,在滑动摩擦力作用下,A前进S时,B前进S+L,求滑动摩擦力做功多少?
分析:A受摩擦力向右,位移向右,所以摩擦力对其做正功,大小为FS。B受摩擦力向左,位移向右,所以摩擦力对其做负功,大小为F(S+L)。所以滑动摩擦力对系统做负功,大小为F(S+L)-FS=FL,其转化为内能。相当于A能量一部分转移到B物体,另一部分转化为内能。