摩擦力问题的分类处理

摘要：针对初中物理教学实践中学生分析”摩擦力”问题时出现的常见困惑，从“摩擦力产生条件”、“摩擦力方向判断”以及“摩擦力大小判断”三个角度提出了相应的分类处理的思路和方法，帮助学生切实提高分析解决实际问题的能力.

关键词：滑动摩擦力；静摩擦力；分类处理

作者简介：赵会明，男，江苏邳州，大学本科学历，中学高级教师，1991年参加工作，目前就职于深圳市南山区第二外国语学校.长期担任毕业班物理教学，2009年5月，被评定为深圳市南山区中学科学学科中青年骨干教师.摩擦力是初中物理力学部分的一个重要概念.从每年的教学实践来看，由于摩擦力在生活实际中的表现和应用实例非常普遍，所以学生初学摩擦力时总体感觉是熟悉的.但在分析解决具体的摩擦力问题时，却频频出现各种问题.概括起来，出要表现在：

1、对摩擦力产生的条件掌握的不全面、不深刻，不能准确判断在给定的情境下是否存在摩擦力；

2、对摩擦力的方向特点缺乏深刻理解，误以为摩擦力方向总是与物体运动的方向相反.实际上，摩擦力方向并不总是与物体运动的方向相反，而总是与相对运动方向或者相对运动趋势的方向相反.

3、对摩擦力大小的判断和求解缺乏清晰的思路和方法，极易将决定滑动摩擦力大小的两个因素套用到静摩擦力的大小判断上，从而出现错解.

造成学生出现上述问题的根源，在于新人教版教材内容没有清晰地将滑动摩擦力和静摩擦力区别开来加以阐述，而是统一用摩擦力加以概述，如果教师在授课过程中，也是笼统处理，那么就必然导致学生在面对各种情境下的摩擦力问题时无法准确应对.所以我们应该运用分类处理的方式来学习和认识摩擦力.

1关于摩擦力产生的条件：

滑动摩擦力和静摩擦力的产生条件非常类似，都必须同时满足三个条件.唯一不同的地方就是产生滑动摩擦力时，需要物体间发生相对运动；而产生静摩擦力时，物体间仅存在相对运动趋势，却没有相对运动.

这三个条件分别是：

A.两个物体接触，且相互有挤压（即发生弹性形变）

B.两物体的接触面是粗糙的

C.物体间存在相对运动或相对运动趋势

上述三个条件中，最易出现问题的是第三个条件中针对静摩擦力的“相对运动趋势”的判断.解决策略有两个：

策略1：假设法

即：假设此时研究对象和与之接触的物体间无摩擦（也就是光滑的），再看该研究对象相对于接触物体的表面是否出现滑动现象，若没有，则说明原来就没有相对运动趋势；若存在，则说明原来就存在相对运动趋势.

例题1：如图1所示，一根均匀的木棒斜靠在光滑的竖直墙面上，另一端搁置在水平地面上静止，请分析木棒受到哪些力的作用？

分析：木棒在竖直方向上受重力G和地面施加的支持力N1作用；在水平方向上受到墙壁施加的向右的支持力N2作用.由于墙壁是光滑的，所以墙壁和木棒接触处没有静摩擦力.假如地面也是光滑的，则木棒必定会向右下滑而倾倒，因此此时木棒下端存在着沿地面向右滑动的趋势，也就是说，此时木棒下端要受到一个水平向左的静摩擦力f作用才能保持静止.故木棒总共受到四个力作用.

策略2：类比法

即：此方法非常适合于“在水平面上运动的两个上下叠放的相对静止的物体间是否存在摩擦力”的问题判断.我们知道，在一辆行驶的公交车内，站立的乘客为了安全往往需要用手握住安装在车箱顶的横杆状扶手.这里会有三种体验：

当车辆启动或加速时，由于惯性，乘客身体要向后倾斜，此时握住横杆的手掌将出现明显的沿横杆向后滑动的趋势，所以手掌一定受到一个阻碍这种相对运动趋势的向前的静摩擦力；

同理，当车辆制动或减速时，由于惯性，乘客身体要向前倾斜，此时握住横杆的手掌将出现明显的沿横杆向前滑动的趋势，所以此时手掌一定受到一个阻碍这种相对运动趋势的向后的静摩擦力；

当车辆匀速直线运动时，由于乘客受平衡力作用，所以此时握住横杆的手掌既不会出现沿横杆向前滑动的趋势，也不会出现沿横杆向后滑动的趋势，也就是说，此时手掌和横杆之间没有静摩擦力；

与上述三种情形类比，物体A和B叠放在一起保持相对静止，在拉力F作用下沿水平面向右运动（如图2所示）.

当A和B向右加速运动时，物体A将出现沿物体B向左滑动的趋势，从而物体A会受到一个向右的静摩擦力作用（此时物体B受到的是滑动摩擦力，方向向左）；

当A和B向右减速运动时，物体A将出现沿物体B向右滑动的趋势，从而物体A会受到一个向左的静摩擦力作用（此时物体B受到的还是滑动摩擦力，方向向左）；

当A和B向右匀速直线运动时，物体A不会出现沿物体B向任何方向滑动的趋势，从而物体A和物体B 之间没有静摩擦力作用（但此时物体B受到的依然是地面的滑动摩擦力，方向向左）；

例题2：如图3所示，水平传送带上的物体正在随传送带一起向右运动，物体速度逐渐变大，分析物体受到的力有 （）

A.重力、传送带的支持力

B.重力、对传送带的压力

C.重力、传送带的支持力、向右的摩擦力

D.重力、傳送带的支持力、对传送带的压力

分析：由于水平传送带上的物体正在向右运动且速度逐渐变大，运用类比法可知，物体具有向左相对运动的趋势，故水平传送带上的物体受向右静摩擦力作用；此外物体在竖直方向上，受到的重力和传送带的支持力是一对平衡力；即物体受重力、支持力和向右的摩擦力作用，故选C.

2关于摩擦力方向的判断：

A.对滑动摩擦力而言，由于题目中的研究对象通常都是相对于地面或者相对地面上静止的物体发生相对运动，所以研究对象的相对运动方向，也就是我们习惯上感知到的运动方向.因此只要明确了物体的运动方向，其反方向就是滑动摩擦力的方向；

B.对静摩擦力而言，由于在题目的描述中我们感知到的物体（即研究对象）运动方向往往是研究对象整体相对于地面或相对于地面上静止的物体而言的，但研究对象和与之相接触且产生静摩擦力的物体间并没有发生相对运动，而是保持相对静止.这样以来，研究对象相对于接触物体的相对运动趋势的方向和研究对象整体相对于地面的运动方向有可能相反，也有可能相同，因此绝不能认为静摩擦力方向与物体相对于地面的运动方向一定相反.对此必须明确：静摩擦力方向只是与研究对象相对于接触物体的运动趋势的方向相反.

例题3：人向东步行前进，人受到的摩擦力方向向.

分析：本题中，我们感知到的运动方向是人正在相对于地面向东步行前进，但人虽然向东前进，摩擦力方向却并不是向西的.由于人行走凭借的是地面对脚底部的静摩擦力，此时脚底部相对于地面实际上有一个向后，也就是向西的滑动的趋势，所以人受到的静摩擦力方向与这个相对运动趋势方向相反，是向前的，即向东.可以看出，人走路时，受到的静摩擦力方向与人行走的方向相同，但与脚底部相对地面的运动趋势方向相反.

例题4：杂技运动员匀速往上爬竹竿和顺着竹竿匀速下滑这两种运动中，关于运动员所受摩擦力的方向，下列说法正确的是（）

A.都向上

B.都向下

C.爬竿时向下，下滑时向上

D.爬竿时向上，下滑时向下

分析：杂技运动员匀速往上爬竹竿时，我们感知到的信息是身体正在向上运动，但认真思考后，不难发现运动员身体的上升，凭借的是手掌和竹竿之间的摩擦力，此时手掌紧紧地抓在竹竿上，并没有相对竹竿滑动，但手掌却存在沿竹竿下滑的趋势，所以爬竹竿时，手掌处受到的是静摩擦力，不是滑动摩擦力，且方向向上；而顺着竹竿匀速下滑时，手掌和人体相对竹竿发生了滑动，所以受到的是滑动摩擦力，且方向与滑动方向相反，也是向上的.

3关于摩擦力大小的判断和求解：

和摩擦力方向的判定一样，对摩擦力大小的判断和求解，也必须区别对待，分类处理，否则极易出现失误.

A.对滑动摩擦力而言，一般有两个思路：

（1）二力平衡法：如果物体在水平支持面上做匀速直线运动，则滑动摩擦力f=水平拉力或推力F，只要明确F的大小，即可知道f的大小；

（2）决定因素法：如果物体在运动过程中，对支持面的压力以及接触面的粗糙程度都没有变化，则物体所受到的滑动摩擦力就保持不变.此时物体不管是匀速运动，还是变速运动都不影响滑动摩擦力的大小.

B.对静摩擦力而言，由于物体还处于静止状态，所以就一个思路，即二力平衡法.需要说明的是，由于压力大小和接触面粗糙程度只会影响滑动摩擦力和最大静摩擦力的大小，而对一般情况下的静摩擦力没有影响，所以解题时切忌受到压力因素和接触面粗糙程度因素的干扰！

例题5：如图4所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平拉力F的作用，其F-t和V-t图象分别如图5、图6所示，由图象可知，当t=1s时，物体受到的摩擦力是N，当t=3s时，物体受到的摩擦力是N.

分析：物体在水平方向受到水平拉力F和摩擦力f两个力的作用，但在不同的时间阶段，摩擦力的性质有所不同.由图6可知，在0—2秒内，物体处于静止状态，所以在0—2秒内物体受静摩擦力作用；在2—6秒内，不管物体做加速运动（2—4秒内）还是匀速运动（4—6秒内），物体都受滑动摩擦力作用.再由图5可知，在0--2秒内，物体受到3N水平拉力而保持静止，根据二力平衡，此阶段物体受到的静摩擦力大小等于3N；在4—6秒内，物体受到5N水平拉力而保持匀速直线运动，根据二力平衡，此阶段物体受到的滑动摩擦力大小也就等于5N；最后在2—4秒内，物体受到7N水平拉力但做的是加速运动，此阶段不能再运用二力平衡法求解，根据“决定因素法”，此阶段和4—6秒阶段相比，由于压力大小和接触面粗糙程度均未变化，所以此阶段和4—6秒阶段，物体受到的滑动摩擦力相等，都等于5N.故：答案分别是3N和5N.

例题6：如图所示，用水平力F将一物体压在竖直墙壁上静止不动，设物体受墙的压力为N，摩擦力为f，当F增大时，下列说法正确的是（）

A.N增大，f增大

B.N增大，f不变

C.N增大，f减小

D.条件不足，無法确定

分析：本题中，容易得出墙面所受压力N将随着F的增大而增大，关键在于摩擦力大小的判断.由题意可知，整个过程中物体受到的是静摩擦力，其大小与压力N的大小变化无关，根据二力平衡可知，物体受到的静摩擦力始终等于物体的重力，答案选B.本题易错之处就在于部分学生将两类摩擦力混为一谈，将决定滑动摩擦力大小的两个因素套用到静摩擦力的大小判断上，从而出现错解.

参考文献：

[1]王波.中学物理中静摩擦力方向判断及大小的计算.教育教学论坛，2010，（18）.