高中物理教學中兩種摩擦力的對比

黃新宇

摘 要： 摩擦力是高中物理的基礎知識，也是高考的重點內容。因此，摩擦力教學是高中力學教學的一個重難點，要突破這一難關，就要幫助學生樹立摩擦力的概念，認清兩種摩擦力的區別與聯系，正確掌握摩擦力。

關鍵詞： 高中物理 摩擦力 對比

摩擦力是高中物理的重點，也是難點。對物體之間是否存在摩擦力，如何判斷摩擦力的性質和方向，如何計算摩擦力，很多學生都存在模糊不清，甚至是錯誤的認識。正確理解摩擦力的關鍵是把握摩擦力的產生條件，認清兩種摩擦力的區別與聯系，這樣才能在摩擦力的相關問題中做出正確的判斷和計算。因此，我認為通過對滑動摩擦力和靜摩擦力的對比理解可以幫助學生正確掌握摩擦力。

一、兩種摩擦力產生條件的對比

滑動摩擦力產生的條件有：（1）兩物體之間存在壓力（擠壓）；（2）兩物體間的接觸面粗糙；（3）兩物體間發生了相對滑動。這三個條件必須同時滿足，缺一不可。靜摩擦力產生的條件有：（1）兩物之間存在壓力（擠壓）；（2）兩物體間的接觸面粗糙；（3）兩物體間有相對運動趨勢。由此可見，靜摩擦力和滑動摩擦力的產生條件只有一點是不同的，那就是滑動摩擦力產生于兩個相對運動的物體之間，而靜摩擦力產生于兩個有相對運動趨勢的物體之間。也就是說滑動摩擦力產生時兩個物體之間是有相對運動的，即相對位置發生改變。靜摩擦力產生時兩個物體之間是相對靜止的，即相對位置不發生改變。由這一點區別就可以在具體問題中對物體是受靜摩擦還是滑動摩擦做出正確判斷。

例1.如圖所示，固定于地面的粗糙斜面A上有疊放在一起的物體B和C，力F作用在物體B上，使物體B和C一起沿斜面向上運動。此時物體B和C是相對靜止的，但物體C具有相對B向下滑的趨勢，所以物體B和C之間存在相互作用的靜摩擦力。物體B與斜面之間有相對滑動，所以物體B和斜面A之間存在相互作用的滑動摩擦力。

通過上題可以看出，產生滑動摩擦力還是靜摩擦力關鍵在于是有相對運動還是有相對運動的趨勢。同時由上題可知，運動的物體可以受靜摩擦力，而靜止的物體也可以受滑動摩擦力（如斜面A）。

二、滑動摩擦力和靜摩擦力大小的對比

大量的實驗證明滑動摩擦力的大小F=μN.其中μ是相互接觸的物體之間的滑動摩擦因數，N是相互接觸的兩個物體之間的壓力。注意：N的值不一定等于物體的重力，也不一定與重力有關，而應通過對物體的受力分析求得。μ為動摩擦因數，它的數值由接觸面的材料和表面的粗糙程度決定，通常情況下μ<1。而對于靜摩擦力的大小，就要對物體的受力情況和運動狀態加以分析，在分析的基礎上根據物體的受力平衡和牛頓運動定律確定靜摩擦力的大小。

例2.水平桌面上一個重為200N的物體，與桌面之間的動摩擦因數為0.2，當依次用15N、30N、80N的水平力拉此物體時，物體受到的摩擦力依次為（設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力）（？搖 ？搖）

A.15N 30N 40N B.15N 30N 80N

C.0 0 40N D.40N 40N 40N

三、兩種摩擦力方向的比較

滑動摩擦力的方向總是和物體相對運動的方向相反，靜摩擦力的方向總是與物體相對運動趨勢的方向相反。對于判斷滑動摩擦力的方向來說，只需要以相互作用的另一個物體為參照物，判斷出該物體的運動方向即為該物體相對運動的方向，其反方向就是滑動摩擦力的方向。而對于靜摩擦力則需要判斷相對運動趨勢的方向，但實際這兩個物體是相對靜止的，這里就要采用“假設法”，即假設產生靜摩擦的地方很光滑，不存在摩擦，看物體在其他外力作用下會相對于另一個物體向哪邊運動，則運動趨勢的方向就向哪邊。

四、兩種摩擦力做功情況的對比

摩擦力是否對物體做功決定于物體受到的摩擦力大小及物體在摩擦力方向上所發生的位移，而位移是指物體相對于地面而言所發生的位置移動。因此，摩擦力可能對物體做正功，也可能對物體做負功，也可能不做功。對于相互作用的一對摩擦力做功之和來說動靜摩擦力是不一樣的。一對相互作用的靜摩擦力大小相等，方向相反，作用在兩個相對靜止的物體之上，這兩個物體位移始終是相同的，故兩個相互作用的靜摩擦力做功之和一定為零。而一對滑動摩擦力雖然是大小相等，方向相反，但是兩個物體有相對運動，其運動的位移一定不同，二力做功之和一定不為零。又因為能量守恒，摩擦生熱，所以兩個滑動摩擦力做功之和一定為負值。

設例1中物體B在力F作用下向上滑動位移為X，則物體B和C之間的一對靜摩擦力大小相等，方向相反。由于物體B和C相對靜止，兩個物體發生相同的位移，因此靜摩擦力對C做正功，對B物體做負功，且正、負功大小相等，兩個力做功之和為零。物體B與斜面A之間是滑動摩擦，B物體受摩擦力沿斜面向下，對B物體做負功，而斜面A受摩擦力但沒有發生位移，所以摩擦力對A不做功，一對滑動摩擦力做功之和為負。

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