物體受力分析中摩擦力的分析研究

李世龍

摘要：高中物理是高中理科中的基礎(chǔ)科目之一，物理學(xué)科的知識(shí)比較貼近人們的正常生活。學(xué)習(xí)物理知識(shí)能夠?qū)ι钪械幕粳F(xiàn)象進(jìn)行分析和判斷，比如水滴入熱油鍋中為什么會(huì)爆鳴、汽車(chē)輪胎上和鞋底的紋路有什么作用等等。學(xué)習(xí)物理、培養(yǎng)物理思想對(duì)整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展都有很大的促進(jìn)作用。我們?cè)趯W(xué)習(xí)物體受力分析該章節(jié)內(nèi)容時(shí)，對(duì)“摩擦力”的產(chǎn)生條件和物體受力情況不是很了解。本文主要對(duì)物體受力分析中的摩擦力進(jìn)行分析，加深對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；物體受力分析；摩擦力

分析物體受到的摩擦力大小是解決力學(xué)問(wèn)題的主要措施之一，在對(duì)物體受力分析章節(jié)的學(xué)習(xí)中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)摩擦力的產(chǎn)生條件，判斷各方向的作用力大小以及作用力方向。

一、摩擦力的產(chǎn)生條件

兩物體間存在彈力是摩擦力存在的必要條件之一；接觸面“光滑”就不會(huì)存在摩擦力，兩接觸面粗糙不一定存在摩擦力，存在摩擦力的條件需要兩者之間具有彈力，存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)[1]。

二、摩擦力在靜止物體上的受力分析

摩擦力分為靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力，靜摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向相反，靜止的物體受到的摩擦力影響取決于物體之間是否存在彈力和物體之間是否具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。靜摩擦力的大小跟物體受到的外力和物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，在計(jì)算靜摩擦力的大小時(shí)可以利用平衡條件或者牛頓定律求解?；瑒?dòng)摩擦力通常使用f=？FN求解，滑動(dòng)摩擦力不可以用f表示，因?yàn)樗脕?lái)表示另外的物理量。動(dòng)摩擦因數(shù)跟接觸面的情況有關(guān)和運(yùn)動(dòng)情況沒(méi)有關(guān)系。公式中的FN，不一定等于物體的重力。

例1：

靜摩擦力分析：

A物體：A與B物體之間存在彈力，A物體在F的作用下具有向F方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。B物體對(duì)A物體與F相反方向的靜摩擦力fAB。

B物體：B物體具備了靜摩擦力存在的條件，受到A物體對(duì)B物體的靜摩擦力fAB，它與fBA方向相反。B物體在作用fAB下會(huì)產(chǎn)生此方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，會(huì)受到地面對(duì)物體的靜摩擦力f地，f地與fAB方向相反。產(chǎn)生靜摩擦力的兩個(gè)條件是：靜止的物體之間存在彈力；物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)[2]。

例2：

甲乙兩同學(xué)體重相等，一次體育課上，甲同學(xué)以速度0.2m/s沿豎直的竹竿勻速往上爬，乙同學(xué)以速度0.3m/s的速度沿豎直的繩子往上爬，甲同學(xué)受到的摩擦力比乙同學(xué)受到的摩擦力（選填“大于”、“等于”或“小于”）。

分析：一般在我們做題的時(shí)候，通常會(huì)認(rèn)為繩子的表面要比竹竿表面粗糙，所以覺(jué)得爬繩子的乙同學(xué)受到的摩擦力比爬竹竿的的摩擦力大一些。實(shí)際上兩位同學(xué)都是勻速往上爬的，人在豎直方向上受到的平衡力和摩擦力大小等于自身的重力大小。這兩位同學(xué)的體重相同，受到的摩擦力大小自然相等。竹竿的表面沒(méi)有繩子的表面粗糙，要產(chǎn)生同樣的摩擦力，對(duì)竹竿的壓力要更大些，即甲同學(xué)爬竹竿時(shí)手握竹竿要緊些。

三、受力分析

物體的受力情況決定了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析物體受到周?chē)渌矬w的作用。在畫(huà)摩擦力圖的過(guò)程中可以先看研究對(duì)象跟周?chē)渌矬w有幾個(gè)接觸點(diǎn)先對(duì)某個(gè)接觸點(diǎn)的分析，如果存在擠壓，就畫(huà)出彈力。如果還有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，就畫(huà)出摩擦力。使用“假設(shè)法”，假設(shè)接觸面光滑，觀察相對(duì)靜止的物體間能發(fā)生怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如果發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向就是原來(lái)靜止時(shí)兩物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向。如果不發(fā)生，那么物體間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

1）受力分析的步驟：

①明確研究對(duì)象——確定受力物體。

②隔離物體分析——將研究的對(duì)象在周?chē)矬w中隔離出來(lái)，分析周?chē)鷮?duì)它施加的壓力。

③畫(huà)出受力圖——我們可以邊分析邊將力畫(huà)在受力圖上，然后標(biāo)出各個(gè)力的的方向。

④分析受力順序——先重力、后彈力、再摩擦力，然后分析各個(gè)方向的作用力。

2）受力分析的判斷依據(jù)

①條件：根據(jù)力的產(chǎn)生條件判斷物體是否受到某個(gè)力的作用。

②效果：根據(jù)力的作用效果判斷物體有沒(méi)有受到某個(gè)力的作用。

③相互作用：力的作用具有相互性，根據(jù)這種相互性判斷物體有沒(méi)有受到某個(gè)力的作用。（如圖2所示）

四、在物體受力分析摩擦力學(xué)習(xí)中的問(wèn)題

在日常學(xué)習(xí)中我們對(duì)摩擦力的認(rèn)識(shí)不夠明確，常常產(chǎn)生各種問(wèn)題：物體靜止或者均速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力等于物體的重力嗎？物體摩擦力與物理受到的正壓力有關(guān)，那么壓力變大，摩擦力會(huì)不會(huì)也變大？身邊很多同學(xué)都出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，大家對(duì)物體產(chǎn)生摩擦力的條件和方向不是很清晰。一些同學(xué)在對(duì)最大靜摩擦力的理解上存在誤區(qū)，其實(shí)，最大摩擦力不是物體實(shí)際受到的靜摩擦力，物體實(shí)際受到的靜摩擦力小于最大靜摩擦力。一般在做題時(shí)為了方便可以將最大靜摩擦力按照等似的滑動(dòng)摩擦力處理[3]。如圖3所示，物體被傳送帶由低處向高處勻速輸送過(guò)程中，相對(duì)于傳送帶是靜止的，我們常常認(rèn)為物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向等同于物體運(yùn)動(dòng)方向，認(rèn)為摩擦力方向向下，產(chǎn)生“摩擦力的方向和運(yùn)動(dòng)方向相反，是阻礙物體的力，一定做負(fù)功”錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。其實(shí)，由于傳送帶傾斜，使物體具有沿傳送帶斜向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜摩擦力方向斜向上，與運(yùn)動(dòng)方向一致，是動(dòng)力，都做正功。

物理公式是定量描述物理規(guī)律或定量表示物理概念的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，物理公式是對(duì)物理概念和物理規(guī)律的抽象表達(dá)和高度概括。應(yīng)用物理公式解決物理問(wèn)題，必須掌握它的物理意義、適用范圍、使用條件，如果簡(jiǎn)單的從數(shù)學(xué)的角度去分析問(wèn)題，胡亂套用公式就會(huì)得出錯(cuò)誤結(jié)論。學(xué)習(xí)摩擦力時(shí)，將滑動(dòng)摩擦力的公式帶入到靜摩擦力的分析計(jì)算中，就會(huì)得到“靜摩擦力大小與壓力大小有關(guān)”的錯(cuò)誤結(jié)論。

結(jié)語(yǔ)：

在學(xué)習(xí)摩擦力的過(guò)程中，抽象的物理概念和公式增加了學(xué)習(xí)的難度。在學(xué)習(xí)摩擦力時(shí)，應(yīng)該對(duì)摩擦力產(chǎn)生的條件和摩擦力公式進(jìn)行研究，掌握基礎(chǔ)概念之后在做練習(xí)題，加深印象?！笆芰Ψ治觥痹诟咧形锢斫虒W(xué)內(nèi)容中占了很大的比重，我們應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容，不光為了提高自己的學(xué)習(xí)成績(jī)，更為了能夠更好的將物理知識(shí)運(yùn)用解決實(shí)際問(wèn)題中。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫如心.談物體受力分析中摩擦力的分析[J].才智，2011，（21）：162.

[2]王秀麗.淺談摩擦力[J].考試周刊，2015，（A4）：137.

[3]李東賢.淺談物理斜面問(wèn)題的求解策略[J].高中數(shù)理化，2012，（22）：42-43