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谈摩擦力的教学--李良福

时间:2014-08-22 16:11来源:信息处 作者:秩名 点击:
       摩擦力是高中力学教学的重点和难点之一,正确认识摩擦力,对学生的学习有着至关重要的作用,而且摩擦力的学习历来也是学生感到头痛的问题,教师在教学中一定要讲清、讲透它。从而使学生顺利逾越“摩擦力”这个横在学生面前的“鸿沟”。
      摩擦力是相互接触的两个物体做相对运动或有相对运动趋势时,产生的阻碍物体间相对运动或相对运动趋势的力,它分为静摩擦力和动摩擦力。
一、静摩擦力
1.定义:当一个物体相对于另一个物体有相对运动趋势,但又没有发生相对运动的时候,接触面间便产生阻碍物体发生相对运动的力,此力叫静摩擦力。
2.产生条件:
(1)相互接触的物体间有弹力产生;
(2)两接触面均粗糙;
(3)接触面间有相对运动趋势。
由上述条件可知:两物体间有静摩擦力时必有弹力,但有弹力时不一定有静摩擦力。
3.方向:沿接触面的切线方向,并与物体相对运动的趋势方向相反。
 由于相对运动趋势的方向难以用眼睛观察得出,故常用以下方法判断静摩擦力的方向。
(1)假设法:其步骤为
A 选择受静摩擦力作用的物体为研究对象;
B 假设接触面光滑,分析研究对象的受力情况,找出研究对象相对于与它接触的物体的运动方向,即为相对运动趋势的方向;
C 静摩擦力方向与相对运动趋势的方向相反。
 例题1、试分析人走路时地面对人的摩擦力方向。
分析:I、人走路时,脚与地面间一般都没有相对滑动,故脚与地面间的摩擦力是静摩擦力;
II、假设地面光滑,则人在走路时,后脚总是向后滑动,由此可知,人在粗糙的水平路面上行走时,脚相对于地面有向后滑动的趋势,故地面对人的静摩擦力方向向前。
例题2、试分析汽车在水平路面上前进时,前后轮所受摩擦力的方向。
分析:I、后轮所受摩擦力的方向
①在后轮与地面不打滑的情况下,即轮胎上与地面相接触的点相对于地面静止,故后轮与地面之间的摩擦力为静摩擦力;
②假设后轮离开地面(即假设后轮与地面间无摩擦),则在发动机的作用下后轮转动,后轮最下面的A点具有向后的速度,即A点相对于地面有向后滑动的趋势,故地面对A点的静摩擦力向前。
II、分析前轮所受摩擦力的方向
①在前轮与地面不打滑的情况下,前轮与地面间的摩擦力也必为静摩擦力;
②假设前轮离开地面(即假设前轮与地面间无摩擦),则前轮上各点随车身向前平动(因为前轮不转),这样前轮最下面的B点相对地面向前滑动,故地面对B点的静摩擦力向后。
例题3、如图示,在两块相同的竖直木板之间有质量均为m的4块相同的砖,用大小均为F的水平力压木板,使砖静止不动,求木板与砖1,砖2与砖3之间的摩擦力。
解:I、求木板对砖1的摩擦力
①假设两木板均光滑,则四块砖在重力作用下必下落,则四块砖整体具有下滑的趋势,故两板对整体具有向上的静摩擦力。
②选整体为研究对象,分析其受力情况,由平衡条件及对称性可知:
 
II、求砖3与砖2之间摩擦力
选1,2为整体,受力分析如图,由平衡条件知:
 
(2)由物体的运动状态判断
有些静摩擦力的方向与物体的运动状态紧密相关,因此,可由物体的运动状态判断物体所受静摩擦力的方向。
例题1、物体A始终随圆盘一起作匀速圆周运动,试分析物体A所受静摩擦力的方向。
分析:I、选物体A为研究对象,则其受重力和支持力作用(圆盘对A的摩擦力大小方向可知),但由于物体A在水平面内做匀速圆周运动,故其所受的重力与支持力构成平衡力。
II、由牛顿第二定律知,物体随圆盘转动所需的向心力只能由圆盘对物体A的静摩擦力提供,故圆盘对物体A施加的静摩擦力方向时刻沿半径指向圆心(即表明物体相对于圆盘有沿半径向外滑动的趋势)。
例题2、A、B两物体叠放在光滑水平面上,今对B物体施加一水平变力F,F—t的关系如图示,两物体在变力作用下由静止开始运动,且始终相对静止。试分析:在0—2t内B对A的摩擦力方向。
 
分析:选A、B整体为研究对象,则整体所受外力的合力即为推力F,故在0—2t内整体的运动情况为:
0—t,向右做加速度a逐渐减小的加速直线运动;
t—2t,向右做加速度a逐渐增大的减速直线运动。
选A为研究对象,由其受力情况可知,A随B变速直线运动所需的合力只能由B对A的静摩擦力提供,故在0—2t内A所受静摩擦力的方向为
0—t,方向向右且大小逐渐减小;
t—2t,方向向左且大小逐渐增大。
例题3、试分析在平直公路上转弯的汽车所受静摩擦力的方向。
分析:I、因此汽车在水平面内转弯竖直方向无运动,故汽车在竖直方向上所受的重力G和地面对它的支持力N构成平衡力,如图示。
II、 汽车在水平面做圆周运动,受到地面作用于前轮的摩擦力以及地面对后轮的静摩擦力作用,由于汽车转弯是需要向心力的,故前后轮所受的静摩擦力必有沿半径方向 指向圆心的分力提供汽车转弯所需要的向心力。且前轮所受静摩擦力沿切线方向的分力向后(为阻力),后轮所受静摩擦力没切线方向的分力向前(动力),如图 示。
①若匀速转弯,则有:
a      切线方向合力为零,
b  
②若加速转弯,则有:


4.大小:
具体数值应根据物体的运动情况(静止,匀速运动,加速运动),利用平衡条件或运动定律列方程求解。
例题:如图示,一木块放在水平桌面上,在水平方向上共受到三个力,即F1,F2和摩擦力作用,木块处于静止状态,其中F1=10N,F2=2N,若撤去力F1,则木块在水平方向受到的合力为{   } 。
A  10N   方向向左      
B  6N    方向向右
C  2N    方向向左      
D  零
分析:I 、当F1、F2同时作用在物体上时,由平衡条件可知:水平桌面对木块的静摩擦力为 = F1 - F2 = 8N,方向向左。
故木块与桌面之间的最大静摩擦力 = 8N。
II、当撤去F1,只有F2作用在物体上时,因F2 = 2N < N,故物体不会被推动,即受合力必为零。此时桌面对物体的静摩擦力  F2 = 2N,方向向右。
二、动摩擦力
1.定义:当一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动时,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力,此力叫动摩擦力。
2.产生条件:
(1)相互接触的两物体间有弹力产生;
(2)接触面粗糙;
(3)接触面间有相对滑动。
由上述条件可知,两个相互接触的物体间有动摩擦力时必有弹力,但有弹力时不一定有动摩擦力。
3.方向:沿接触面的切线方向,并与物体相对滑动的方向相反。
例题1、如图示,A、B两物体叠放在一起,某时刻A、B两物体的速度分别为VA、VB,则以下判断正确的是{    }
A 若VA=VB,则A、B之间无动摩擦力;
B若VA=VB,则A受到了B所施加的向右的动摩擦力;
C若VA>VB,则A受到了B所施加的向右的动摩擦力;
D若VA<VB,则A受到了B所施加的向右的动摩擦力;
分析:①当VA=VB时,A、B之间无相对滑动,它们之间肯定没有动摩擦力,故A对,B错。
②当VA>VB时,以B为参考系,A向右运动,则A受到了B施加的向左的动摩擦力,故C错。
同理,D对。
4.大小: μN
μ为接触面间的动摩擦因数(它与接触面材料的性质和粗糙程度有关),N为两物体间的正压力。
  (责任编辑:admin)
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