关于摩擦力问题的研究

李军

安徽阜阳 阜南县中岗中学 安徽阜阳 236301

摘要 中学物理摩擦力主要分为滑动摩擦力和静摩擦力，本文从摩擦力的概念，分析摩擦力问题的方法和求解摩擦力三个方面入手，集中分析摩擦力产生的条件及摩擦力的方向。帮助学生理解相对运动，相对运动趋势，相对静止等物理名词，提高学生分析问题和解决问题的能力。

关键词：滑动摩擦力 静摩擦力 相对运动 相对静止 相对运动趋势

引言

对摩擦力的分析和计算是近些年高考命题的热点，也是学生学习中的难点。在物体受力情况分析时，其中对摩擦力的分析往往是重头戏。大部分同学对于摩擦力的概念如何把握，分析摩擦力的方向感觉力不从心，一方面大量参考书对这些问题往往只给出结论，没有深入研究下去；另一方面在中学物理学习范围内被视为重点内容，高考对此要求较高。再次，为升入高等院校继续学习物理打下基础。有鉴于此，本文从摩擦力的概念，对摩擦力问题的分析方法和摩擦力的求解三个方面着手研究。

摩擦力的概念

1.1滑动摩擦力

一个物体在另一个物体表面上相对另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这个力叫滑动摩擦力。

滑动摩擦力产生条件：（1）两个物体相互接触；（2）两个物体发生形变；（3）两个物体发生了相对滑动；（4）接触面不光滑。

1.2静摩擦力-静摩擦力的产生条件

物体相互接触；（2）接触面不光滑；（3）物体有形变；（4）物体有相对运动趋势。

1.3 滚动摩擦力

一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力，滚动摩擦力比滑动摩擦力小的多，研究滚动摩擦力要涉及到刚体的平衡与转动问题，需要了解转动惯量和定轴转动等一些内容，这在以后学习再做具体分析和研究。

对摩擦力问题的分析方法

2.1摩擦力方向判定

2.1.1对“对滑动摩擦力方向总与相对运动的方向相反”不能理解为“滑动摩擦总于运动方向相反”，实际上滑动摩擦力可与运动方向相反，也可与运动方向相同。

2.1.2相对运动趋势不如相对运动直观，具有很强的隐蔽性，所以静摩擦力的方向判定较困难，为此，常用下面几种方法判断:

⑴“假设法”和“反推法”

假设法：即先假定没有摩擦力时，有相对静止的物体间能否发生相对运动。若能，则有摩擦力，方向与相对运动方向相反；若不能，则没有摩擦力，换句话说，静摩擦力的存在是为了使两物体相对静止，若没有它，两物体也相对静止，就没有静摩擦力。

反推法：从研究物体表现出的运动状态这个结果反推出它必须具有的条件，分析组成条件的相关因素中摩擦力所起作用，就容易判断摩擦力的方向了。

⑵根据物体的运动状态，用牛顿第二定律来判断，此法关键是先判明物体的运动状态，再利用牛顿第二定律确定合力，然后分析确定静摩擦力的大小及方向。

⑶利用牛顿第三定律来判断。此法关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再确定另一物体受到的静摩擦力。

2.3 摩擦力与运动的讨论

⑴受静摩擦力的物体不一定静止

分析：物体是否受静摩擦力与物体处于静止还是运动状态没有关系，关键是物体相对于其接触面物体静止，比如皮带传送机把货物运往高处，物体是运动的，但相对皮带没有滑动，受到的是静摩擦力。其实，生活中很多运动的物体都受到静摩擦力的作用，如一个人端着一杯水走路；杯子受到水的摩擦力人走路时受地面的摩擦力；站在启动火车上的人受到车厢底板的摩擦力都是静摩擦力。

⑵摩擦力不一定都是阻力

分析：一谈到摩擦力，有的学生觉得摩擦力总是阻碍物体的运动，是阻力。这种想法是错误的，原因是他把阻碍物体运动和阻碍物体间的相对运动混淆了，摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，而不是一定阻碍物体的运动，像上面实例中皮带传动中传送带上的货物，站在启动火车上的人受到的摩擦力都是动力，同时它阻碍货物相对皮带，人相对车厢的滑动。

⑶滑动摩擦力的方向不一定和运动方向相反

分析：滑动摩擦力的方向与物体运动的方向相反的例子是很多的，但这个说法并不正确，如图1-7所示，在长木板A上放一个木块B，当A向右加速运动时，B也随着向右运动，同时B相对A向左滑动，显然B物体的运动方向是像右的但它相对A滑动的方向却是像左的，B所受滑动摩擦力的方向是向右的，与B的运动方向相同。应明确的是“滑动摩擦力的方向总是和物体相对运动的方向相反”。判定摩擦力的方向一定要明确相对的含义。“相对”既不是对地，也不是对观察者，“相对”的是和它接触的物体。

⑷有外力作用也不一定有静摩擦力

分析“产生静摩擦力是因为物体受到不为零的沿接触面方向的外力作用”，这种情况确是存在。如图1-8所示，用水平力下来拉放在地面的物体，但物体没动，是因为物体受到水平方向静摩擦力的作用，但以此认为沿接触面的外力是产生静摩擦力的前提条件却是片面的不科学的。如图1-9所示，放置在水平传送带上并与传送带保持相对静止的货物，在传送带加速或减速时，也会受到静摩擦力的作用，其原因并不是货物在水平方向上受到除静摩擦力以外的其他外力作用，而是因为货物与传送带间存在相对运动趋势。可见，相互接触的物体要产生静摩擦力，物体间必须具有相对运动趋势，而这种“相对运动趋势”既可由外力产生，也可以是因为运动状态的改变而产生。

摩擦力的求解

3.1摩擦力的大小

在确定摩擦力大小之前，必须先分析物体的运动状态，判断是滑动摩擦力还是静摩擦力。

3.1.1若是滑动摩擦力可用F=μFn计算，公式中Fn指两接触面间的正压力，并不总等物重。

3.1.2若是静摩擦力则不能用F=μFn计算，只能根据物体所处的状态，由平衡条件或牛顿定律求解。

3.2摩擦力的方向

滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相反。静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反

结束语

综上所述，我们在求解摩擦力问题时，首先要分析物体的运动状态，弄清楚是滑动摩擦力还是静摩擦力；其次，判明摩擦力的方向，对滑动摩擦力其方向总是与相对运动的方向相反；对静摩擦力其方向总是跟物体的相对运动趋势相反；可用“假设法”和“反推法”判断。最后，求摩擦力大小如果是滑动摩擦力可用F=μFn计算，公式Fn指两接触面间的正压力；对静摩擦力大小只能根据物体所处的状态，由平衡条件或牛顿定律求解。