立足力的平衡，讓摩擦力“無處遁形”

□鄭　麗

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立足力的平衡，讓摩擦力“無處遁形”

□鄭麗

摩擦力是一種十分常見的力，無論物體處于靜止或運動狀態，一般都要受到摩擦力的作用.那么，摩擦力的大小和方向又該如何作出判斷呢？解決這類問題的基本方法就是從力的平衡的角度出發，根據二力平衡的條件來展開分析.

一、單個物體上摩擦力的分析

例1如圖1（甲）所示，物體甲重30N，被50N的水平壓力F甲壓在豎直墻壁上保持靜止；如圖1（乙）所示，物體乙重60N，在40N的水平拉力F乙作用下，沿水平桌面勻速向右運動.則物體甲受到的摩擦力f甲=______；物體乙受到的摩擦力f乙= ______.

圖1

解析：（1）甲物體受力分析如圖2（甲）.

圖2

∵甲保持靜止，處于平衡狀態，

∴G甲與f甲是一對平衡力，

故f甲=G甲=30N（方向豎直向上）.

（2）乙物體受力分析如圖2（乙）.

∵乙勻速向右運動，處于平衡狀態，

∴f乙與F乙是一對平衡力，

故f乙=F乙=40N（方向水平向左）.

答案：30；40

點評：以上對甲、乙物體進行受力分析，分析出它們在水平方向和豎直方向上的受力情況，由于這里只要求確定摩擦力的大小，就只關注了與摩擦力構成平衡的另一個力，其實每個物體都受兩對平衡力作用.同類問題還會出現在筷子提米、爬竿、手握物體等事例中的摩擦力分析.

二、牽連體中某個物體上所受摩擦力的分析

例2如圖3所示，小華將彈簧測力計一端固定，另一端鉤住長方體木塊A，木塊下面是一長木板，實驗時拉著長木板沿水平地面向左運動，讀出彈簧測力計示數即可測出木塊A所受摩擦力大小.在木板運動的過程中，以下說法正確的是（）.

A.木塊A受到的是靜摩擦力

B.木塊A相對于地面是運動的

C.拉動速度變大時，彈簧測力計示數變大

D.木塊A所受摩擦力的方向向左

圖3

解析：由于長木板在向左運動，所以不能確定長木板一定是平衡狀態，只能確定它會受到地面和A物體對它向右的滑動摩擦力.根據作用力與反作用力的關系，則A物體受到長木板對A向左的滑動摩擦力fA.又因為A物體相對地面靜止（平衡狀態），所以對A物體而言fA=F測（即為彈簧測力計示數）.

答案：D

點評：摩擦力在生活中的應用除了滑動摩擦力以外，還涉及到靜摩擦力或滾動摩擦力，特別是對靜摩擦力的分析往往會因為滑動摩擦力的大小造成干擾.因此要全面了解摩擦力，還要學會識別摩擦力的種類，排除某些慣性思維.

三、平衡陷阱下摩擦力的分析

例3一個箱子重為100N，放在水平面上，受到6N的水平推力，箱子未動，這時箱子受到摩擦力應_____（填“大于”“等于”或“小于”）6N.當水平推力增大到10N時，箱子恰好做勻速直線運動.當水平推力增大到20N時，箱子受到的摩擦力為_______N.

解析：當箱子未動時，根據力的平衡，摩擦力和推力是一對平衡力，所以它們大小相等.當推力增大到10N時，箱子做勻速直線運動，摩擦力和推力是一對平衡力，可判斷此時滑動摩擦力的大小為10N.當推力增大到20N時，物體不再處于平衡狀態，因此不能用力的平衡來解答.這時根據影響滑動摩擦力大小的因素來考慮，由于壓力不變，接觸面的粗糙程度沒變，因此摩擦力還是10N.

答案：等于10

例4如圖4所示，當右端掛5N的物體A時，物體B在平面桌上恰好能向右做勻速直線運動，若現在要使物體B向左做勻速直線運動，則應對物體B施加的力為（）.

圖4

A.水平向左，5N

B.水平向右，5N

C.水平向左，10N

D.水平向右，10N

解析：物體B水平向右勻速運動時，它在水平方向上受到物體A對其施加的水平向右的拉力和水平向左的摩擦力作用，且此時摩擦力和拉力是一對平衡力，所以摩擦力大小與向右的拉力大小相等為5N.物體B水平向左和水平向右運動時，由于壓力不變，接觸面粗糙程度不變，它受到的摩擦力大小不變，所以當它水平向左運動時，受到水平向右的摩擦力也是5N.當物體B水平向左做勻速直線運動時，它在水平方向上受到水平向左的拉力、水平向右大小為5N的拉力、水平向右大小為5N的摩擦力，此時滿足三力平衡，所以水平向左的拉力大小為5N+5N=10N.

答案：C

點評：在力學系統里，慣性參照系內，如果物體受到幾個力的作用，仍保持靜止狀態或勻速直線運動，或繞軸勻速轉動，都叫做物體處于平衡狀態，簡稱“物體的平衡”.使物體處于平衡狀態的力，我們稱之為平衡力，初中階段主要要掌握二力平衡.我們常以此來判斷摩擦力的大小和方向.

力的求解離不開物體運動狀態的分析，摩擦力亦然.物體的運動狀態的內因就是物體受力平衡與否，我們只有讓力的平衡與摩擦力“常相隨”，才能找到求解摩擦力的突破口.