牵引力就是摩擦力吗？.doc

牵引力就是摩擦力吗？牵引力一词在中学、中专物理教学中常常提到，是指汽车、机车等本身向前的动力课本中多次提到牵引力使汽车产生的加速度；牵引力对汽车所做的功等问题一些参考书在解释牵引力时总把它说成是摩擦力；或模糊地使人容易理解为牵引力就是摩擦力（如中学物理甲种本25页：“汽车的发动机驱动后轮转动，由于轮胎和地面间有摩擦牵引力就是这样产生的”）牵引力就是摩擦力吗？笔者认为汽车的牵引力应有两方面的作用：（1）从汽车速度的改变看它是产生加速度的原因；（2）从汽车动能的改变看牵引力是对汽车做功的动力即牵引力是以产生加速度和做功为效果而命名的等效力1 汽车加速度的根本原因牵引力是如何产生汽车加速度的呢？为研究方便，又不失一般情况，假定汽车水平运动，车轮做无滑动的滚动，略去滚动摩擦汽车发动机对后轮作用一驱动力矩l，每个轮子的转动惯量为i，其半径为r，汽车的总质量为m，把汽车看成由前轮、车身、后轮三部分组成后轮：由于受到发动机的驱动力矩l的作用，使后轮与地面的接触处a点相对地面有向后的运动趋势，地面对它的摩擦力f后向前，同时后轮的转轴对车身有向前的推力f后，车身对后轮的反作用力为f后如车身的加速度为a，因为车轮做无滑动的滚动，所以后轮的角加速度为f后-f后=m后轮a（如图1）前轮：前轮轮轴受到车身对它的向前推力f前，使它与地面的接触点处相对地面有向前运动趋势，地面对它施以向后的摩擦力，可列方程f前r=2i，f前-f前=m前轮a（如图2）车身：由后轮对它的推力f后，和前轮对它的反作用力f前 ，得f后-f前=m车身a（如图3）联列方程：f后-f前=m车身a，（1）f后-f后=m后轮a，（2）f前-f前=m前轮a，（3）且f前=f前、f后=f后，解得：f后-f前=（m车身+m前轮+m后轮）a=ma，（6）合摩擦力产生，也就是说摩擦力是汽车加速度的直接原因，但由（7）式（f后-f前）l，可以看到，合摩擦力正比于发动机所施驱动力矩车轮之所以有摩擦力是因为有驱动力矩l，如果没有驱动力矩，汽车甚至连运动趋势也没有，更无摩擦力可谈，汽车岂能产生加速度？因此汽车产生加速度的根本原因是发动机所施的驱动力矩l2 对汽车做功的作用力汽车从低速到高速，动能增加需要牵引力对它做功从能量转化看，汽车总动能的增加是其它能量转化来的，水平道路虽然给车轮以摩擦力，但却无能量转化给汽车，只有发动机通过消耗汽油变化学能为汽车的动能从质于汽车的内力和外力做功之和这里汽车外力只有水平方向的摩擦力，在竖直方向上合外力为零因车轮做无滑动的滚动，车轮与地面的接触点a、b为转动瞬心，即a、b点的速度va=vb=0，汽车所受摩擦力为静摩擦力，故这里摩擦力对汽车不做功，只有内力对汽车做功3 牵引力的本质既然摩擦力对汽车不做功，物理课本又要求回答牵引力做功的问题，显然牵引力就是摩擦力的说法是不对的；如果把牵引力看作内力，但在回答牵引力对汽车产生加速度的问题时，内力又不能产生加速度，只有摩擦力才产生加速度，这里是个矛盾笔者认为要回答牵引力到底是什么，必须从它实际产生的加速度和做功两个效果来分析，那么牵引力就是使汽车产生加速度和对汽车做功的等效力它是内力和外力的综合作用结果，它既包含内力也包含外力，不应该考虑成非此即彼的关系，牵引力具有内力和摩擦力的双重性汽车产生加速度的直接原因是摩擦力，但根本原因是内力，没有发动机内力提供力矩就产生不了摩擦力，也就无加速度；反过来只有驱动力矩，地面不足以提供摩擦力（如摩擦因数过小），汽车就打滑，不能把内力全部转变成产生汽车加速度的力同样，对汽车动能变化来说，虽然摩擦力不做功，但它能帮助在内力作用下的车轮滚动前进，使内力对车身做功，如果摩擦力不足，车轮打滑，只能使轮子转速提高，不能使汽车整体动能增加综上所述，产生汽车牵引力的内因是发动机所施的内力，外因是地面对汽车的静摩擦力，这两个因素的共同作用才有了牵引力，汽车的内力通过摩擦力起作用，使汽车加速和增加动能，这就是牵引力的本质没有内力作用就没摩擦力，也就没有牵引力；有内力作用，没有摩擦力或只有较小的摩擦力，也不会有牵引力或只有较小的牵引力4 牵引力的大小和相关物理量牵引力作为一种等效力，要回答其大小，就应从它的作用效果来看：当考虑加速度时，内力不起作用，牵引力等于摩擦力，即f牵=f后-f前=ma；当考虑作功时，摩擦力不起作用，牵引力等于内力，即f牵=f内（把汽车做功在中学物理和中专物理中，除汽车有牵引力问题外，人划船、人走路、人骑车都有内力通过水的反作用力或地面对人的摩擦力，对船或对人或对自行车产生“牵引力