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摘 要:当两个互相接触并处于相对静止的物体间存在相对运动趋势时,就有静摩擦力产生。静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反,与接触面相切,最大静摩擦力跟物体接触面间的正压力成正比。
关键词:静摩擦力;最大静摩擦力;平衡状态。
在教学过程中,经常发现不少学生分析静摩擦力时,时常会出现错误的判断,究其原因,在于这些学生没有真正理解静摩擦力产生的条件及其特点。当两个互相接触并处于相对静止的物体间存在相对运动趋势时,就有静摩擦力产生。静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反,与接触面相切。为了帮助学生正确处理有关静摩擦力的问题,现介绍以下两种方法。
1、根据静摩擦力产生的条件分析
产生静摩擦力的充要条件是:
① 两物体接触;
② 两物体互相有压力;
③接触面不光滑;
④两物体间有相对运动趋势。
其中前三个条件比较容易判断。但两接触物体间有无相对运动趋势成为判断静摩擦力的依据。"相对运动趋势"必须是彼此接触的两个物体互为参照物,而不是以两个物体之外的物体为参照物。通常可用假设法:先假设接触面是光滑的,看被研究的物体相对于接触面是否运动,向何方运动,即为运动趋势方向若运动则有静摩擦力,其方向与相对运动方向相反;不运动则无静摩擦力。
例如:物体A与斜面保持静止,A所受静摩擦力的方向如何?
分析:物体A相对于斜面有向下滑的趋势,A必受到斜面对它的静摩擦力,方向与其向下的趋势方向相反,即沿着斜面向上。
再例如:试判断自行车后轮在滚动时受到的静摩擦力的方向。
分析:先假设自行车后轮与地面没有摩擦力,可以明显看到后轮与地面的接触点相对与地面是向后运动的,则说明后轮相对于地面有向后运动的趋势,所以后轮受到地面的静摩擦力是向前的。
2、根据物体运动状态分析
①根据物体的平衡条件来分析静摩擦力。
当物体处于平衡状态时,可根据平衡条件ΣF = 0来分析静摩擦力。
例如:如图所示,一木块放在水平桌面上处于静止状态,木块在水平方向上受到F1和F2的作用力,其中F1=10N,F2=6N,求木块受到的静摩擦力的大小。
(注:上图左边直线上方标注F1,左边直线上方标注F2)
分析:由于木块处于静止状态,因此木块在水平方向上合力为0,即水平向左的力等于水平向右的力,即F2 +f = F1,计算可得静摩擦力等于4N。
② 根据牛顿第二定律来分析静摩擦力。
如果物体处于非平衡状态,可以根据牛顿第二定律来分析静摩擦力。
例如:物体A放在水平放置的圆盘B上,随B一起作匀速转动,试分析物体A受到的静摩擦力的方向。
分析:物体A在竖直方向上受重力G和盘对它的支持力N的平衡,而A在水平面内作匀速圆周运动,A作匀速圆周运动所需的合力(向心力),只有靠圆盘B对物体A的静摩擦力来提供,由于向心力的方向是沿半径指向圆心的,所以,静摩擦力的方向也是沿着半径指向圆心的。
3、静摩擦力的大小:用较小的力推桌子,桌子没动,根据二力平衡条件,静摩擦力与较小的推力相等;用较大的力来推,若仍然不动,静摩擦力与较大的推力相等,所以静摩擦力是随着物体所受外力的大小而变化的,它的作用就是阻碍物体间发生相对运动。不过,静摩擦力并不能无限度的增加,当我们逐渐增加推桌子的力,桌子终究会动起来,在从静到动的一刹那,静摩擦力不能增加了,它达到了最大值,这个最大值叫最大静摩擦力。实验表明:最大静摩擦力跟物体接触面间的正压力成正比。
理解静摩擦力的含义需注意以下几点:
1)静摩擦力不是一个不变的力,它随着外力的增大而增大。
2)用公式算出的是最大静摩擦力,不一定是实际摩擦力。例如:用手握一个瓶子,为什么瓶子越重手握得越紧?
分析:当手把瓶子握住时,瓶子在竖直方向受到了两个力的作用,向下的重力G 及向上的静摩擦力F,由于处于平衡状态,所以G=F,瓶子越重,要把瓶子握住,需要的实际摩擦力越大,由于静摩擦力不会超过最大静摩擦力F。所以当瓶子较重时,瓶子与手之间必须有较大的最大静摩擦力,才能保证实际静摩擦力不超过它。手把瓶子握得紧,手与瓶子之间的正压力越大,最大静摩擦力也越大,但当最大静摩擦力增加时,实际静摩擦力并不一定增大,因此,当瓶子平衡时,它所受到的静摩擦力F总是等于物体的重量G。由本题可见,最大静摩擦力和静摩擦力是两个不同的概念。
4、教师在讲授静摩擦力这一问题时,需要注意的问题有:要向学生提出"以课本为主,课前要预习,要学会读书"的 要求,向学生指出静摩擦力的定义和特点,这些定义和规律是什么意思?在日常生活生产实践中,有哪些实例?可以在黑板上列出如下提纲:什么叫静摩擦力?是否两个物体接触就一定产生静摩擦力?静摩擦力和哪些因素有关?通过预习提纲引导学生边阅读边思考。帮助他们有的放矢的进行阅读教材。
另外,可以通过实验更好的帮助学生理解静摩擦力,同时通过实验还可以增加趣味性。
总之,在教学过程中分析静摩擦力时只要采用正确的方法,就会避免错误的判断,对于学生真正理解静摩擦力产生的条件及其特点有重要意义。
关键词:静摩擦力;最大静摩擦力;平衡状态。
在教学过程中,经常发现不少学生分析静摩擦力时,时常会出现错误的判断,究其原因,在于这些学生没有真正理解静摩擦力产生的条件及其特点。当两个互相接触并处于相对静止的物体间存在相对运动趋势时,就有静摩擦力产生。静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反,与接触面相切。为了帮助学生正确处理有关静摩擦力的问题,现介绍以下两种方法。
1、根据静摩擦力产生的条件分析
产生静摩擦力的充要条件是:
① 两物体接触;
② 两物体互相有压力;
③接触面不光滑;
④两物体间有相对运动趋势。
其中前三个条件比较容易判断。但两接触物体间有无相对运动趋势成为判断静摩擦力的依据。"相对运动趋势"必须是彼此接触的两个物体互为参照物,而不是以两个物体之外的物体为参照物。通常可用假设法:先假设接触面是光滑的,看被研究的物体相对于接触面是否运动,向何方运动,即为运动趋势方向若运动则有静摩擦力,其方向与相对运动方向相反;不运动则无静摩擦力。
例如:物体A与斜面保持静止,A所受静摩擦力的方向如何?
分析:物体A相对于斜面有向下滑的趋势,A必受到斜面对它的静摩擦力,方向与其向下的趋势方向相反,即沿着斜面向上。
再例如:试判断自行车后轮在滚动时受到的静摩擦力的方向。
分析:先假设自行车后轮与地面没有摩擦力,可以明显看到后轮与地面的接触点相对与地面是向后运动的,则说明后轮相对于地面有向后运动的趋势,所以后轮受到地面的静摩擦力是向前的。
2、根据物体运动状态分析
①根据物体的平衡条件来分析静摩擦力。
当物体处于平衡状态时,可根据平衡条件ΣF = 0来分析静摩擦力。
例如:如图所示,一木块放在水平桌面上处于静止状态,木块在水平方向上受到F1和F2的作用力,其中F1=10N,F2=6N,求木块受到的静摩擦力的大小。
(注:上图左边直线上方标注F1,左边直线上方标注F2)
分析:由于木块处于静止状态,因此木块在水平方向上合力为0,即水平向左的力等于水平向右的力,即F2 +f = F1,计算可得静摩擦力等于4N。
② 根据牛顿第二定律来分析静摩擦力。
如果物体处于非平衡状态,可以根据牛顿第二定律来分析静摩擦力。
例如:物体A放在水平放置的圆盘B上,随B一起作匀速转动,试分析物体A受到的静摩擦力的方向。
分析:物体A在竖直方向上受重力G和盘对它的支持力N的平衡,而A在水平面内作匀速圆周运动,A作匀速圆周运动所需的合力(向心力),只有靠圆盘B对物体A的静摩擦力来提供,由于向心力的方向是沿半径指向圆心的,所以,静摩擦力的方向也是沿着半径指向圆心的。
3、静摩擦力的大小:用较小的力推桌子,桌子没动,根据二力平衡条件,静摩擦力与较小的推力相等;用较大的力来推,若仍然不动,静摩擦力与较大的推力相等,所以静摩擦力是随着物体所受外力的大小而变化的,它的作用就是阻碍物体间发生相对运动。不过,静摩擦力并不能无限度的增加,当我们逐渐增加推桌子的力,桌子终究会动起来,在从静到动的一刹那,静摩擦力不能增加了,它达到了最大值,这个最大值叫最大静摩擦力。实验表明:最大静摩擦力跟物体接触面间的正压力成正比。
理解静摩擦力的含义需注意以下几点:
1)静摩擦力不是一个不变的力,它随着外力的增大而增大。
2)用公式算出的是最大静摩擦力,不一定是实际摩擦力。例如:用手握一个瓶子,为什么瓶子越重手握得越紧?
分析:当手把瓶子握住时,瓶子在竖直方向受到了两个力的作用,向下的重力G 及向上的静摩擦力F,由于处于平衡状态,所以G=F,瓶子越重,要把瓶子握住,需要的实际摩擦力越大,由于静摩擦力不会超过最大静摩擦力F。所以当瓶子较重时,瓶子与手之间必须有较大的最大静摩擦力,才能保证实际静摩擦力不超过它。手把瓶子握得紧,手与瓶子之间的正压力越大,最大静摩擦力也越大,但当最大静摩擦力增加时,实际静摩擦力并不一定增大,因此,当瓶子平衡时,它所受到的静摩擦力F总是等于物体的重量G。由本题可见,最大静摩擦力和静摩擦力是两个不同的概念。
4、教师在讲授静摩擦力这一问题时,需要注意的问题有:要向学生提出"以课本为主,课前要预习,要学会读书"的 要求,向学生指出静摩擦力的定义和特点,这些定义和规律是什么意思?在日常生活生产实践中,有哪些实例?可以在黑板上列出如下提纲:什么叫静摩擦力?是否两个物体接触就一定产生静摩擦力?静摩擦力和哪些因素有关?通过预习提纲引导学生边阅读边思考。帮助他们有的放矢的进行阅读教材。
另外,可以通过实验更好的帮助学生理解静摩擦力,同时通过实验还可以增加趣味性。
总之,在教学过程中分析静摩擦力时只要采用正确的方法,就会避免错误的判断,对于学生真正理解静摩擦力产生的条件及其特点有重要意义。