如何有效分析高中摩擦力的探索

張陳欣珗

【摘要】在高中的物理學(xué)內(nèi)容中，由于力學(xué)占據(jù)了很大的空間，所以無法推測力學(xué)在考試中占據(jù)了多大的比分。力學(xué)這個(gè)領(lǐng)域被分成很多類別。本文是從力學(xué)的摩擦力出發(fā)進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)的，探究摩擦力方向和計(jì)算方法的例子，期待該例子對力學(xué)的學(xué)習(xí)有用。

【關(guān)鍵詞】高中物理;力學(xué);摩擦力

摩擦力是高中物理學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn)之一。摩擦力是由兩個(gè)或更多個(gè)對象之間的相互作用產(chǎn)生的。摩擦力與物體接觸面的大小、方向、粗糙度有關(guān)。對象之間的接觸面越粗，摩擦越大。壓力越大，對象之間的摩擦力越大。

一、判斷摩擦力的方向

（一）運(yùn)用反作用力法判斷摩擦力方向

反作用力法首先通過分析確定相對較小的物體的摩擦力和運(yùn)動(dòng)方向，然后逐漸根據(jù)對象的大小或與較小的對象接觸的物體依次展開分析。

（二）概念法判斷摩擦力方向

使用概念法來判斷摩擦力的方向主要根據(jù)是：物體在一個(gè)水平面上處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體所受摩擦力的方向和接觸面相切，和壓力的運(yùn)動(dòng)方向垂直，這時(shí)摩擦力與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。運(yùn)用概念的方法來確定摩擦力方向的時(shí)候，選擇對象的方向和相對方向十分重要。要查找對象的相關(guān)運(yùn)動(dòng)趨勢，請執(zhí)行以下步驟：首先，選擇要調(diào)查的實(shí)驗(yàn)對象，即支撐對象。然后，選擇需要與摩擦對象接觸的參考對象，并確定它們之間的接觸面。第三，觀察觀察到的對象和參考對象的移動(dòng)趨勢。

（三）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)觀測法判斷摩擦力方向

詳細(xì)分析物體受到的外力和摩擦力，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)查力的大小和方向，根據(jù)牛頓第二定律確定力和反作用力的大小和方向平衡的必要條件來決定。

二、計(jì)算摩擦力的方法

在分析物體的靜止摩擦力或滑動(dòng)摩擦力時(shí)，首先滑動(dòng)摩擦力的方程式是Ff=μFN，μ是滑動(dòng)摩擦力的因子，沒有單位，其大小取決物體間接觸面的粗糙度或滑動(dòng)程度等，F(xiàn)表示壓力，和物體的運(yùn)動(dòng)速度與接觸面的粗糙度程度無關(guān)。

靜摩擦力的決定：靜摩擦力的范圍是fn≥f≥0（fn表示最大摩擦力）。最大靜摩擦力根據(jù)物體壓力的變化而變化。壓力越大，最大靜摩擦力越大。一般來說，最大靜摩擦等于滑動(dòng)摩擦。

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)法：摩擦力大小一般可用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)法或反作用力的方法，有點(diǎn)晦澀難懂，例2就是這一方法的例子。

例1：如圖1所示，將質(zhì)量m的對象放置在傳送帶上，并根據(jù)傳送帶的移動(dòng)（左右）。在以下兩種情況下，將速度設(shè)置為a，并計(jì)算對象在以下兩種情況下的摩擦力。

解：當(dāng)m向上做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，斜面有一個(gè)向下的重力分量，所以需要傳送帶向上加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)傳送帶對物體所產(chǎn)生的摩擦沿著傳送帶向上。物體向下加速的話，摩擦力的大小受到加速度的大小的影響。當(dāng)重力傾斜面的方向達(dá)到特定的平衡點(diǎn)時(shí)，傾斜面的方向正確地提供必要的外力，摩擦力的大小為0。當(dāng)加速度為正時(shí)，摩擦力從斜面下降，加速度為負(fù)時(shí)，此時(shí)摩擦力為沿斜面向上。

m向上加速時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律，是F-mgsina=ma，方向沿著傾斜面朝上。同樣地，當(dāng)m向下加速時(shí)，mgsina-F=ma（F向上）。所以，F(xiàn)=mgsina-ma

當(dāng)a0。與假設(shè)的方向相一致，沿斜面向上。

當(dāng)a=gina時(shí)，F(xiàn)=0。m與斜面之間的摩擦力為0。

當(dāng)a>gina時(shí)，F(xiàn)<0。與假設(shè)方向相反，沿斜面向下。

例2：如圖所示，A，B，C的質(zhì)量全部是100kg，ABC重疊放在地面。此時(shí)，對象B具有受到A水平向左拉伸力F。F=90N的情況下，A、B、C做勻速直線運(yùn)動(dòng)，相對靜止，計(jì)算出A和C的摩擦力。

如圖2所示：A、B、C的質(zhì)量均為100kg，將ABC進(jìn)行重疊，并放在水平靜止的地面這時(shí)物體B受到了一個(gè)水平向左的拉力F。當(dāng)F=90N時(shí)，A、B、C做勻速直線運(yùn)動(dòng)且相對靜止，求A、C受到的摩擦力。

解：當(dāng)F=90N的情況時(shí)，A、B、C全部水平直線地移動(dòng)。A可以根據(jù)平衡狀態(tài)的原理獲得摩擦力。B對A的摩擦力為0，由牛頓的第三定律，A對B的摩擦力為零。B的狀態(tài)處于平衡狀態(tài)，C和B相對靜止，因此可以得出C對B的靜摩擦力為90N，其方向?yàn)橄蜃?。根?jù)牛頓的第三定律，B對C的靜摩擦力為90N，方向?yàn)橛摇?/p>

如果物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和摩擦不明確，首先假定摩擦力在特定的方向上運(yùn)動(dòng)，其次使用牛頓的第三定律分析推斷方程式。經(jīng)過仔細(xì)分析以及實(shí)際題目的組合，可以得出最終結(jié)論。

三、總結(jié)

物理學(xué)是復(fù)雜的學(xué)科。在高中學(xué)習(xí)物理學(xué)知識(shí)時(shí)，應(yīng)用是非常重要的。實(shí)際上，物理學(xué)的機(jī)制是具有復(fù)雜的構(gòu)造和廣泛知識(shí)的結(jié)構(gòu)。因此，如果想學(xué)好高中物理學(xué)，首先要做的是學(xué)習(xí)每個(gè)小點(diǎn)的知識(shí)分析。本論文僅對物理力學(xué)的小分支摩擦力進(jìn)行分析和研究。其實(shí)，還有很多關(guān)于力學(xué)的復(fù)雜知識(shí)需要不斷探索才能真正理解其奧妙。

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