產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)物體一定相對靜止嗎

李常明

(鳳凰縣高級中學(xué) 湖南 鳳凰 416200)

1 提出問題

在講授高中靜摩擦力的概念時(shí)，許多教師會向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：“受靜摩擦力的物體一定是靜止的”這種說法是錯(cuò)誤的，原因是沒有指定參考系，只能根據(jù)教材上的摩擦力概念，加上“相對”二字，即“產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)物體一定是相對靜止的”這才是正確的.但是，汽車在不打滑的情況下，驅(qū)動(dòng)輪所受的摩擦力為靜摩擦力，而此時(shí)受靜摩擦力的物體——汽車相對施力物體地面卻是運(yùn)動(dòng)的，即“產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)物體一定是相對靜止的”卻是錯(cuò)誤的.該如何向?qū)W生解釋呢？

2 分析探究

從概念上講，仔細(xì)閱讀一下人教版的教材會發(fā)現(xiàn)，人教版上關(guān)于摩擦力的說法雖然是“摩擦力產(chǎn)生在相互接觸的兩個(gè)物體之間”，但是，在下面緊接著有一個(gè)注釋：物體要能看成質(zhì)點(diǎn).在分析摩擦力方向時(shí)，如果不能看成質(zhì)點(diǎn)，則摩擦力更準(zhǔn)確地表述為：摩擦力產(chǎn)生在相互接觸的兩個(gè)表面之間.只是高中物理教材為降低難度，有意避開了不能看成質(zhì)點(diǎn)的情況，從而將“表面之間”直接說成“物體之間”.

圖1

根據(jù)摩擦力概念，在分析汽車驅(qū)動(dòng)輪不打滑情況下摩擦力的方向時(shí)，汽車不能看成質(zhì)點(diǎn).現(xiàn)將汽車的局部驅(qū)動(dòng)輪放大，如圖1所示.此時(shí)的施力者不是整個(gè)地面，應(yīng)該是輪胎與地面接觸處地面上很小的點(diǎn)A，受力者不是整個(gè)汽車，應(yīng)該是輪胎與地面接觸處輪胎上很小的點(diǎn)1.從點(diǎn)1開始沿汽車前進(jìn)方向，把驅(qū)動(dòng)車輪的圓周長2πr分成n等分(n足夠大)，依次記為2，3，4，….地面上從點(diǎn)A開始沿汽車前進(jìn)方向，把與驅(qū)動(dòng)車輪的圓周長2πr對應(yīng)的直線軌跡分成與之對應(yīng)的n等分，依次記為B，C，D，….則下一時(shí)刻的施力者為點(diǎn)B，受力者為點(diǎn)2；再下一時(shí)刻的施力者為點(diǎn)C，受力者為點(diǎn)3；……在這種情況下汽車的前進(jìn)，不是受力的作用點(diǎn)在力的作用時(shí)間內(nèi)發(fā)生位移實(shí)現(xiàn)的，而是受力作用點(diǎn)隨時(shí)間的增加而不斷變換實(shí)現(xiàn)的.每個(gè)時(shí)刻對于驅(qū)動(dòng)輪與地面相互接觸的兩個(gè)點(diǎn)之間仍然是相對靜止的，即在不打滑的情況下，汽車驅(qū)動(dòng)輪所受的摩擦力為靜摩擦力.

如果學(xué)生對上面的分析還是不能很好地理解，還可以想象冬天里一種極端的情形來幫助理解，即汽車陷在雪地里根本不能前進(jìn)，司機(jī)加大油門，驅(qū)動(dòng)輪在雪地里打滑，這時(shí)驅(qū)動(dòng)輪和雪地之間的摩擦力才是滑動(dòng)摩擦力.反之汽車驅(qū)動(dòng)輪在不打滑的情況下，驅(qū)動(dòng)輪所受的摩擦力為靜摩擦力.

3 綜合結(jié)論

當(dāng)分析摩擦力的方向時(shí)，物體能看成質(zhì)點(diǎn)，產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)物體一定是相對靜止的是正確的；物體不能看成質(zhì)點(diǎn)，從高中要求看，產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)物體一定是相對靜止的是錯(cuò)誤的，但從大學(xué)要求看，接觸面處兩者仍然是相對靜止的.為了做到教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，在講解摩擦力的方向時(shí)，別忘了提醒學(xué)生將物體能看成質(zhì)點(diǎn)這一條件.