学习摩擦力的一些体会.doc

6学习摩擦力的一些体会松阳一中 徐坚摘 要：在摩擦力的学习中,概念的理解是首要的.解关于摩擦力的习题时,首先要判断两物体间是否存在摩擦力,存在的话再判断其方向,然后不同的摩擦力采用不同的计算方法.在学习中,对摩擦力的理解也常产生些误区,这些误区都是经常出现的错误理解.而在摩擦力的学习中,也有几个问题是必须弄清的,搞清楚后对摩擦力的学习是非常有帮助的.关键词:摩擦力;相对运动;静摩擦力;滑动摩擦力;正压力1 引 言在“摩擦力”的学习中，常常发现同学对“摩擦力”这个物理概念理解不准确,没有抓住物理概念的特点,忽视了物理规律的适用范围,忽视物理条件和物理过程.如有同学认为：l、摩擦力总是阻碍物体运动的;2、在任何情况下,静摩擦力皆可由公式fm=0N求得,静摩擦力总是在物体静止的条件下产生的;3、作用在物体上的摩擦力只能对物质体作负功等等.这说明对摩擦力,尤其是静摩擦力,同学们还存在不少的模糊认识,下面我们对摩擦力作详细的讨论.2 关于“摩擦力”概念的讨论2.1 物体间静摩擦力是否存在的判断方法判断静摩擦力是否存在有两种方法：2.1.1 根据运动定律,分析质量为m的物体沿可能存在静摩擦力的方向上的受力情况和运动情况,如果这一方向上除静摩擦力外的合外力F0与这一方向上物体的实际加速度a符合F0= ma的关系,则此m物体不受静摩擦力;反之如果不符,则此m物体一定受静摩擦力.2.1.2 先假设待判断的接触面完全光滑,看两物体是否有相对运动.若有,则两物体间有静摩擦力;反之，则一般情况下两物体间没有静摩擦力.对于有物体阻碍该两物体的相对运动,而使两物体不能实现其相对运动时应另行分析讨论.2.2 摩擦力方向的判断方法摩擦力的方向除可从运动定律求出外,还可用以下办法判断：摩擦力的方向总是与相对于施给摩擦力的物体的运动或运动趋势相反，应当注意这个运动或运动趋势,是以施摩擦力的物体作参照的,不能拿其他物体作参照.确定研究对象,弄清哪是受摩擦力作用的物体,哪是施摩擦力的物体；以施摩擦力的物体作参照物,找出受摩擦力作用的物体的运动或运动趋势的方向；受力物体所受摩擦力的方向应与受摩擦力作用的物体的运动或运动趋势的方向相反.2.3 摩擦力大小的计算方法 在中学阶段我们学过fmax = 0N和f = N两个计算摩擦力大小的公式,式中fmax为最大静摩擦力,f为滑动摩擦力,N为正压力,我们在计算摩擦力时要分清静摩擦力、最大摩擦力和滑动摩擦力. 有的同学认为fmax = 0N即为计算静摩擦力的公式,应知道fmax = 0N是计算最大静摩擦力的公式,只有当物体受外力作用,处于动而未动的临界状态时,才能用此公式计算.而静摩擦力介于零和fmax之间,当外力改变时,静摩擦力也随之而变.怎样计算静摩擦力大小呢?应由平衡条件或动力方程决定,请看下面的例题. 例：水平桌面上放一木块重8kg,木块上放一质量为4kg的重物,木块和另一质量为4kg的物体通过滑轮相连,木块和水平面间,木块和重物间静摩擦系数为0.4,动摩擦系数为0.3，试求木块和重物之间的摩擦力?如和木块相连的物体重6 kg,摩擦力又为多大?(图l)解：木块在绳子拉力的作用下,有静止和运动两种情况,木块和桌面间fmax = 0N = 48N,当m2重4kg时,小于fmax,因此木块不会运动.虽然桌面施于木块的静摩擦力f = m2g = 40N,但木块和重物之间没有相对运动趋势,无摩擦力作用,即f = 0 当m2=6kg时,因为绳子拉力T fmax木块发生运动时,木块上重物的运动状况相对于木块有两种可能的情况： 1. 重物滞后于木块,重物所受的摩擦力为滑动摩擦力,其加速度和木块的加速度不同. 2. 重物相对木块静止,所受的摩擦力为静摩擦力,加速度和木块相同.先假设重物滞后于木块,取ml为隔离体(图2) ,得： f= N/ = m1a2 f为滑动摩擦力,其中N/ = m1g,可以解得：a2=0.3m/s2取M为隔离体（图3）T f / - f1 = Ma1;N1 = N + Mg;f1 = uN1;f / = f；N = N/取m2为隔离体(图4)，m2g - T= m2a1由上述方程可解得：al=0.099 m/s2，可见a2a1，这说明ml超前M是不合理的,所以重物和木块保持相对静正.具有相同的速度和加速度,故可视为一整体考虑：取M+M1和m2为隔离体得：T-（M+m1）g = (M+m1)a; -T + m2g = m2a 解得：a=0.13 m/s2木块施于重物的静摩擦力即为重物动力,可由动力学方程算出: f = m1a = 0.52（N）重物所受的最大静摩擦力fmax = l .6（N）,所以重物和木块之间保持相对静正是合理的.可见静摩擦力的大小并不是在任何情况下皆可由公式fmax =N 求得,摩擦力也不总是阻碍物体运动的,静摩擦力的方向有时与物体的运动方向相同,有时则相反.由此可知,对于“静摩擦力总是在物体静正的条件下产生的”的模糊认识得以澄清，所谓物体的运动和静止，通常是以地球为参照物,而以地球为参照物时,例题中的ml重物是运动的,是受静摩擦力作用的,从而可知静摩擦力不一定总是在物体静正的条件下才产生.3 学习摩擦力时的几个误区 摩擦力是高中物理力学部分的一个重要概念,是学生学习的一个难点.在学习过程中,很多同学因对摩擦力的产生条件、作用效果以及大小的计算方法理解不够而使学习进入误区，下面列举几例,以期对同学学习这部分知识有所帮助. 误区一 相互接触的物体间只要有相对运动或相对运动趋势,就有摩擦力产生. 正确认识 产生的摩擦力条件可归纳为：两物体必须接触；接触面粗糙；接触面间有弹力存在；两物体向有相对运动或相对运动趋势.这四个条件是紧密相联的,缺少其中任意一个条件都不能产生摩擦力.在分析物体受摩擦力时,要根据产生摩擦力的条件全盘考虑. 误区二 摩擦力方向总是与物体运动方向相反，正确认识 摩擦力是物体对物体的作用.根据作用效果知其方向与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反,而不一定与物体运动方向相反. 误区三 摩擦力作用效果是阻碍物体的运动,即摩擦力总是阻力. 正确认识 根据摩擦力的定义可知摩擦力的作用效果是阻碍物体的相对运动或相对运动趋势.对物体的运动来说,可能是动力,也可能是阻力,是动力时摩擦力的方向必定与物体运动方向一致,是阻力时必定与物体运动方向相反. 误区四 摩擦力大小总与物体间正压力成正比. 正确认识 摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力.静摩擦力大小的取值范围为0fFm (Fm为最大静摩擦力) ,与正压力无关.在计算过程中可以根据物体的平衡条件来求.但要特别注意的是物体之间的最大静摩擦力与正压力的大小是有关的.滑动摩擦力的大小可根据公式Ff = FN计算,其大小与正压力成正比.因此在求摩擦力大小时一定要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力. 误区五 静摩擦力就是静止的物体受到的摩擦力;滑动摩擦力是运动物体受到的摩擦力.正确认识 由产生的摩擦力条件可知有无摩擦力的产生与物体间有无相对运动趋势和相对运动有关,而与物体的运动无关.运动的物体可能受静摩擦力作用,静止的物体可能受滑动摩擦力的作用.4 摩擦力学习中必须弄清的几个问题 摩擦力是高中物理中的一个难点,也是历年高考的热点.摩擦力知识常常与其它物理知识综合构成综合题,如果有关摩擦力的知识没有学好，是不能正确解答相关的综合题的.同学们在摩擦力的学习中必须弄清如下几个问题. 4.1 必须弄清滑动摩擦力与静摩擦力的大小在计算方法上的不同. 当物体间存在滑动摩擦力时,其大小即可由公式f = FN计算,由此可看出它只与接触面间的动摩擦因数及正压力N有关,而与相对运动速度大小、接触面积的大小无关.正压力是静摩擦力产生的条件之一，但静摩擦力的大小与正压力无关(最大静摩擦力除外) .当物体处于平衡状态时,静摩擦力的大小由平衡条件F = 0来求;而物体处于非平衡态时静摩擦力的大小应由牛顿第二定律求出. 例1 如图5所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC,ABC=,AB边靠在竖直墙面上,F是垂直于斜面BC的推力,现物块静止不动,则摩擦力的大小为多少？ 图 5分析和解：物块ABC受到重力、墙的支持力、摩擦力及推力四个力作用而平衡,由平衡条件不难得出静摩擦力大小为：f= mg + Fsin 4.2 必须弄清摩擦力的方向是与“相对运动或相对运动趋势的方向相反” .滑动摩擦力的方向总是与物体“相对运动”的方向相反.所谓相对运动方向,即是把与研究对象接触的物体作为参照物,研究对象相对该参照物运动的方向.当研究对象参与几种运动时,相对运动方向应是相对接触物体的合运动方向.静摩擦力的方向总是与物体“相对运动趋势”的方向相反,所谓相对运动趋势的方向,即是把与研究对象接触的物体作为参照物，假若没有摩擦力研究对象相对该参照物可能出现运动的方向.例2 如图6所示,在倾角为=30的粗糙斜面上放一物体,重量为G,现在用与斜面底边平行的力F=G / 2推物体,物体恰能做匀速直线运动，则物体与斜面之间的动摩擦因数是多少?图 6分析和解： 物体在推力及重力平行斜面的分力作用下,沿斜面斜下方作匀速直线运动，故物体只受到一个与其运动方向相反(沿斜面斜上方向)的滑动摩擦力作用.推力与重力平行斜面的分力的合力为：因 f =N =Gcos,就可以解出 4.3 必须弄清摩擦力是否存在突变. 物体所受的摩擦力既存在大小的突变,又存在方向的突变.在求解摩擦力问题时必须弄清摩擦力是否发生突变. 图 7 例3 如图7所示,某工厂用水平传送带传送零件,设两轮子圆心的距离为s,传送带与零件间的动摩擦因数为,传送带的速度恒为v,在P点轻放一质量为m的零件,并使被传送到右边的Q处.设零件运动的后一段与传送带之间无滑动,则传送所需时间为多少？摩擦力对零件做功为多少？ 分析和解: 刚放在传送带上的零件,起初有个靠滑动摩擦力加速的过程，当速度增加到与传送带速度相同时,物体与传送带间无相对运动,摩擦力大小由f =mg突变为零,此后以速度v走完余下距离.由于 f = mg = ma ,所以a =g 加速度时间 t1 = v/a = v/(g)加速度位移 s1 = at12/2 = v2/(2g)通过余下距离时间 t2 = (s s1)/ v = s/v v/(2g)共用时间 t= t1 + t2 = s/v + v/(2g) 摩擦力对零件做功 W= mv2/2总之,在摩擦力的学习中,概念的理解是首要的.解关于摩擦力的习题时,首先要判断两物体间是否存在摩擦力,存在的话再判断其方向,然后不同的摩擦力采用不同的计算方法.在学习中,对摩擦力的理解也常产生些误区：有的同学就常认为相互接触的物体之间只要有相对运动或相对运动趋势,就有摩擦力;摩擦力的方向总是与物体运动方向相反;摩擦力总是阻力;摩擦力大小总与物体间正压力成正比;摩擦系数由Ff和FN决定;静摩擦力就是静止物体受到的摩擦力,滑动摩擦力就是运动物体受到的摩擦力.这些误区都是同学们常出现的错误理解.而在摩擦力的学习中,也有几个问题是必须弄清的：必须弄清滑动摩擦力与静摩擦力的大小在计算方法上的不同;必须弄清摩擦力的方向与“相对运动或相对运动