例解摩擦力的分析思路與方法

湖南師范大學附屬中學(410083)

陳舒妤●

例解摩擦力的分析思路與方法

湖南師范大學附屬中學(410083)

陳舒妤●

摩擦力是中學物理的重要學習內容.中學物理常見問題為判斷摩擦力方向與計算摩擦力大小，實例說明了摩擦力的解題思路與方法.

摩擦力；方向判斷；大小計算

摩擦力是日常生活中最常見的一種力.中學物理經常涉及到的是靜摩擦力和滑動摩擦力，主要包含摩擦力的方向判斷和大小計算兩個問題.下面就摩擦力解題思路與方法談談我在學習過程中的體會.

首先，我們要明確摩擦力的定義：兩個相互接觸的物體，當它們具有相對運動的趨勢或發生相對運動時，在接觸面上產生的阻礙相對運動趨勢或相對運動的力.實際上，對于中學物理，還要滿足接觸面不光滑的條件，摩擦力才能產生.因此，如習題中明確指出接觸面為光滑時，我們一般不必考慮摩擦力.這樣，在接觸面粗糙的情況下(有時習題不會明確接觸面是否光滑)，在具體問題分析中，要能夠根據摩擦力的產生條件，同時結合受力分析以及力的相互作用關系等方法來判斷摩擦力的有無和方向，并對其進行計算.下面舉例說明.

圖1

例1 [自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，湖南教育出版社，2015年5月第2版] 如圖1三個木塊A、B、C在水平推力F的作用下靠在豎直墻上，且處于靜止狀態，則下列說法正確的是( ).

1.A與墻的接觸面可能是光滑的

2.B受到A作用的摩擦力，方向豎直向下

3.B受到A作用的靜摩擦力，方向與C作用在B上的靜摩擦力方向相反

4.當力F增大時，A受到墻作用的靜摩擦力不增大.

分析 由于C物體周圍接觸面最少，首先分析C受力情況：豎直方向上，C保持靜止，則C必受B對其豎直向上的摩擦力以與重力保持平衡.接下來分析B的受力情況：根據作用力與反作用力相互關系，則B必受C對其豎直向下的摩擦力，結合B所受重力，則B同時需受A對其豎直向上的摩擦力以保持平衡.最后分析A的受力情況：根據作用力與反作用力相互關系，則A必受B對其豎直向下的摩擦力，結合A所受重力，則A同時需受墻面對其豎直向上的摩擦力以保持平衡，故A與墻的接觸面不可能光滑.另外，當力F增大時，將A、B、C看做一個整體，A受到墻的向上的摩擦力，與A、B、C所受重力保持平衡，則A受墻面對其豎直向上的摩擦力保持不變.故本題中答案C、D正確，與原書中配套提供的答案B、D有誤.

如果我們先從A物體開始分析，則將A、B、C看做一個整體，A需受到墻對其豎直向上的摩擦力，以與A、B、C重力平衡，并不隨F的增加而發生變化.再將B、C看做一個整體來進行分析，可判斷出B需受到A對其豎直向上的摩擦力，以與B、C重力平衡.同理C需受到B對其豎直向上的摩擦力以與C重力平衡，則根據作用力與反作用力相互關系，B則受到C對其豎直向下的摩擦力.同樣可以判斷答案C、D正確.

可見，我們在判讀摩擦力的有無與方向時，綜合運用了力的平衡和力的作用力與反作用力相互關系.

圖2

例2 [自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，湖南教育出版社，2015年5月第2版]

如圖2所示，位于水平桌面上的物塊P，由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連，從滑輪到P和到Q的兩段繩都是水平的.已知Q與P之間以及P與桌面之間的動摩擦因數都是μ，兩物塊的質量都是m，滑輪的質量、滑輪軸上的摩擦都不計.若用一水平向右的拉力F作用拉Q使它做勻速運動，則F的大小為( ).

A.μmgB. 2μmgC. 3μmgD. 4μmg

分析 對物塊Q，設跨過定滑輪的上端輕繩拉力為T(方向向左)，同時Q相對于P向右運動，則物塊Q要受到物塊P對其施加的向左的滑動摩擦力fP對Q=μFN=μmg，由于物塊做勻速直線運動，則物塊Q的平衡條件：T+fP對Q=F①.對物塊P，除受到下端輕繩拉力T(方向向左)外，由于P相對于地面向左運動，要受到地面對P向右的摩擦力f地對P=2μmg；同時，根據作用力與反作用力關系，物塊P要受到物塊Q對其施加的向右的滑動摩擦力fQ對P=fP對Q=μmg，據物塊P的平衡條件：T=fQ對P+f地對P②.所以：F=T+fP對Q=fQ對P+f地對P+fP對Q=4μmg.故正確答案選D.

綜上，我們在進行摩擦力的分析與計算時，首先要分析是靜摩擦力還是滑動摩擦力，根據其產生條件判斷其有無和方向，然后再進行定量計算.靜摩擦力大小在零和最大靜摩擦力之間變動，其數值由物體所受外力和運動狀態決定，與接觸面間的正壓力無關.滑動摩擦力可采用公式F=μFN求解(FN是物體接觸面之間的壓力)，其大小與運動速度、接觸面積無關.計算滑動摩擦力的大小時，注意根據力的平衡條件求出正壓力大小.

以上是我對摩擦力分析計算的體會，希望對同學們有關摩擦力問題的分析有所幫助.

[1] 自主練習手冊·高中物理·必修1(人教版)，叢書主編：謝永紅，本書主編：何宗羅.湖南教育出版社，2015年5月第2版.

[2] 5年高考·3年模擬·高中物理·必修1(RJ)，叢書主編：曲一線，本書主編，劉占想.首都師范大學出版社、教育科學出版社，2013年4月第4版，2015年5月第3次印刷.

G632

B

1008-0333(2017)07-0072-01