20 学好摩擦力应注意的四个问题-《中学生数理化》高一使用2020年11月刊

■赵中凡 摩擦力相关知识抽象性强、学习难度大, 同学们要想真正掌握物体在摩擦力作用下的 运动规律,就必须弄清楚以下四个问题。 一、明确“相对运动”与“相对静止”的物 理意义 同学们在刚接触摩擦力的概念时,容易把 “相对运动”与“运动”,“相对静止”与“静止”混 为一谈。实际上,物体“相对运动”与“相对静 止”是以指定的对象作为参考系,物体“运动” 与“静止”,在未作特别说明的情况下,是以地 球或地面上静止的物体作为参考系。 木块和 长 木 板 叠 放 在 光 滑 的 水 平 桌 面 上,在木板与木块的外侧面上作两个对 顶 的 图1 三角形记号。用如图1所 示的 力 F 缓 慢 地 拉 动 木 板,可 以 看 到 木 块 随 着 木 板一起移动,而两个三角形记号的相对 位 置 没有变化,说明木块与木板是“相对静止”的, 图2 但木块是“运动”的。将木 块拴在 右 侧 墙 壁 上,用 如 图2所 示 的 力 F 快 速 地 拉动木板,可以看到木块不随木板一起移动, 两个三角形记号的相对位置发生变化,说 明 木块相对木板是“相对运动”的,但木块是“静 止”的。 二、正确地判断摩擦力是否存在 1.判断静摩擦力是否存在的常用方法。 (1)利用假设法判断:假设接触面是光滑 的,若物体仍能保持原来的状态,则物体之间 无摩擦力;若物体不能保持原来的状态,则物 图3 体之间有静摩擦力。 例1 如 图3所 示,物 体 A 静止在斜面上,它 是 否 受 到 静摩擦力? 假 设 物 体 A 与斜面的接触面是光滑的,则物 体 A 将沿斜面下滑,不能保持原来的静止状 态,因此物体 A 一定受到沿斜面向上的静摩 擦力的作用。 (2)根据物体的运动状态判断:先判断物 体是处于静止或匀速直线运动状态(平衡状 态),还是处于变速运动状态。若物体处于平 衡状态,则可以利用力的平衡条件判断;若物 体处于变速运动状态,则当物体所受的 其 他 力的合力能产生使物体做变速运动的加速度 时,物体不受静摩擦力的作 用;反 之,物 体 受 静摩擦力的作用。 例2 判断图4中的物体 A 是否受到静 摩擦力的作用。 图4 图(a)中的物体 A 在竖直方 向上受到重力和支持力的作用, 处于平衡状态;在水平方向上没有其他 物 体 对物体 A 施 加 力 的 作 用,也 处 于 平 衡 状 态。 因此物体 A 不受静摩擦力的作用。图(b)中 的物体 A 在水平方向上有加速度,这个加速 度只能是由静摩擦力的作用而产生的,因 此 物体 A 受到静摩擦力的作用。 2.判 断 动 摩 擦 力 是 否 存 在 的 方 法:当 相 互接触且接触面粗糙的两个物体发生相对运 动时,存在动摩擦力。在高中阶段,同学们主 要学习的是滑动摩擦力。 图5 例3 如 图5所 示, 将弹簧测力计一端固 定, 另一 端 钩 住 长 方 体 木 块 A,木块 下 面 放 置 一 长 木 板,实验时拉着木板沿水平地面向左运动,读 出弹簧测力 计 示 数 即 可 测 出 木 块 A 所 受 摩 擦力的大小。在木板运动的 过 程 中,以 下 说 法正确的是( )。 A.木块 A 受到的是静摩擦力 93 物理部分·易混知识巧辨析 高一使用 2020年11月 B.木块 A 相对于地面是运动的 C.木板受到的是滑动摩擦力 D.木块 A 所受摩擦力的方向向左 木板相对地面向左运动,木 块 A 相 对 地 面 静 止,木 块 A 相 对木板向右运动,受到向左的滑动摩擦力,选 项 A、B错误,D正确。因为木板相对木块 A 和地面均发生了相对滑动,所以木板受 到 的 是滑动摩擦力,选项C正确。答案为CD。 三、正确地计算摩擦力的大小 1.静 摩 擦 力 大 小 的 确 定:静 摩 擦 力 的 大 小随着使物体产生相对运动趋势的外力的变 化而变化,可以利用力的平衡条件、牛顿第三 定律等物理规律确定。 图6 例4 如 图6所 示,三 块质量均为m 的木块1、2、3 被两竖 直 板 夹 住,处 于 静 止 状态,重力加速度为g,求木 块1、2、3所受各力的大小。 木块1、2、3均 处 于 静 止 状 态,因 此 可 把 它 们 看 成 一 个 整 体,其受力情况如图7所示。整 体 在 竖 直 向 下的重力和向上的摩擦力作用下处于平衡状 态,则2f=3mg,解得f=1.5mg。分别以木 块1、2、3为研究对象,其受力情况如图8(a) (b)(c)所 示。因 为 f>mg,所 以 f=f21+ mg,解 得 f21=0.5mg。由 牛 顿 第 三 定 律 得 f12 =f21 =0.5mg。 同 理 得 f23 =f32 = 0.5mg。 图7 图8 2.