“三步法”突破高中物理“摩擦力”難題

王永鋒

在高中物理力學(xué)的知識(shí)體系中，摩擦力以一種極其重要的方式存在著。然而，高中多數(shù)學(xué)生對(duì)摩擦力問(wèn)題往往有一種畏難情緒，共同的感受是難學(xué)、難懂、難突破。針對(duì)這種狀況，在此我重點(diǎn)對(duì)摩擦力產(chǎn)生的條件以及摩擦力問(wèn)題的處理方法進(jìn)行闡述和總結(jié)，希望能夠通過(guò)我的解析幫助學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)摩擦力，進(jìn)而有效地突破這一難點(diǎn)，同時(shí)也希望能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理的熱情。

一、摩擦力產(chǎn)生的條件

大家知道，要產(chǎn)生摩擦力，必須同時(shí)具備三個(gè)條件：第一是接觸面間有正壓力，第二是接觸面粗糙，第三就是兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。假如前兩個(gè)條件具備時(shí)，當(dāng)二者有平行于接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面間就有相互的滑動(dòng)摩擦力。F滑=μFN，方向沿接觸面并與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反；如果沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而僅僅是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，這時(shí)就是靜摩擦力。方向沿接觸面并與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反，大小的取值范圍0

似乎根據(jù)以上三條件就可以解決所有摩擦力問(wèn)題，然而三條件是否同時(shí)具備有時(shí)根本無(wú)法直接判定，怎么辦呢？

二、“三步法”確定摩擦力

條件判斷法無(wú)法處理的摩擦力問(wèn)題就需要特殊對(duì)待了——“三步法！”

第一步，“有沒(méi)有？”（確定物體之間有沒(méi)有摩擦力）

第二步，“是什么？”（確定是什么摩擦力）

第三步，“三要素？”（確定摩擦力的大小、方向、作用點(diǎn)）

解決所有摩擦力的問(wèn)題實(shí)際上都要經(jīng)歷這樣三個(gè)步驟！

例1.如圖，A、B的重力分別為5 N和8 N，各接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.2，求從A下方拉出B時(shí)各接觸面間的摩擦力。

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解析：“三步法！”：第一步，A、B之間，B與地面之間有沒(méi)有摩擦力？?jī)山佑|面上三條件具備，故都有摩擦力。

第二步，是什么摩擦力？A、B之間，B與地面之間都存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故都是滑動(dòng)摩擦力。

第三步，三要素？A、B之間：摩擦力大小為μmg=1 N。A相對(duì)B向左，B對(duì)A的摩擦力向右；B相對(duì)A向右，A對(duì)B的摩擦力向左；B與地面之間的摩擦力：大小為μ（m+M）g=2.6 N，B相對(duì)地向右，地對(duì)B的摩擦力向左，自然B對(duì)地面的摩擦力向右。

得出結(jié)論：靜止的物體可以受滑動(dòng)摩擦力的作用，摩擦力效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

例2.如圖主動(dòng)輪P（逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）通過(guò)皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪Q，a與b、c與d分別是皮帶與輪邊緣接觸點(diǎn)，皮帶不打滑，問(wèn)a與b、c與d之間的摩擦力方向？

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解析：“三步法！”：第一步，它們之間有沒(méi)有摩擦力？如果沒(méi)有摩擦力就會(huì)打滑，故有摩擦力。

第二步，它們之間是什么摩擦力？相對(duì)靜止且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，都是靜摩擦力。

第三步，三要素？a相對(duì)b有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故b對(duì)a的摩擦力向前，a對(duì)b的摩擦力向后；c相對(duì)d有向前的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故d對(duì)c的摩擦力向后，c對(duì)d的向前。

得出結(jié)論：摩擦力可以是阻力，可以是動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)的物體還可以受靜摩擦力，摩擦力效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

知識(shí)來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，學(xué)習(xí)知識(shí)的目的是為了更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。因此，我們要善于從生活和生產(chǎn)實(shí)踐中挖掘一些摩擦力的實(shí)例，這樣既有利于問(wèn)題的解決，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也能為全面提升學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力打下良好的基礎(chǔ)。

編輯 謝尾合