例談摩擦力方向的判斷

〔關鍵詞〕 物理教學;摩擦力;方向;判斷;靜摩擦力;

滑動摩擦力

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)01(A)—0056—01

在重力、彈力、摩擦力中，最難分析的是摩擦力.摩擦力是高一第一章的重點，在學習電場、磁場問題時，都離不開對摩擦力的分析.在教學過程中，發現不少學生分析摩擦力方向時，時常會出現錯誤的判斷，究其原因，在于這些學生沒有真正理解摩擦力產生的條件及特點.本文從摩擦力定義出發，通過實例解析，深入理解摩擦力阻礙相對運動的本質，突破摩擦力方向判斷這一難點.

一、摩擦力的方向

要確定摩擦力，最關鍵的是確定摩擦力的方向，對于摩擦力的方向，教材中定義為:

1. 滑動摩擦力的方向:跟接觸面相切，并且跟物體的相對運動方向相反.

2. 靜摩擦力的方向:跟接觸面相切，并且跟物體的相對運動趨勢方向相反.

這里，“相對”的意思是選擇另一個物體作為參考系，即選定另一物體假定不動，再看研究物體的運動情況.

二、摩擦力方向的判斷步驟

1. 選擇研究對象.

2. 選跟研究對象相接觸的物體為參考系.

3. 判斷受力物體的相對運動方向或相對運動趨勢的方向.

4. 用“相反”確定摩擦力的方向.

三、實例解析

1. 摩擦力的方向與物體的運動方向相反，阻礙物體的運動，表現為阻力.

例1. 如圖所示，質量為m的物體沿斜面勻速下滑，判斷物體所受摩擦力的方向，若物體靜止不動，判斷物體所受的摩擦力.

解析:研究對象是木箱，木箱的施力物體是斜面，以斜面為參考系，物體相對斜面向下運動，滑動摩擦力沿斜面向上.如果物體靜止不動，則有沿斜面下滑的趨勢，物體受沿斜面向上的靜摩擦力.

2. 摩擦力的方向與物體的運動方向相同，表現為動力.

例2. 如圖所示，傳送帶沿順時針轉動，在其上放一質量為m的物體，物體運動至傳送帶一半時相對傳送帶靜止.判斷物體相對于傳送帶靜止前摩擦力的方向，并判斷物體相對傳送帶靜止后有無摩擦力.

解析:m的施力物體是傳送帶，選傳送帶為參考系.物體相對傳送帶向左運動，因此滑動摩擦力方向向右，滑動摩擦力表現為動力.物體相對傳送帶靜止后與傳送帶沒有相對運動趨勢，故沒有靜摩擦力.

例3. 當人走路時，分析后腳所受摩擦力的方向(假設腳不打滑).

解析:后腳的施力物體是地面，選地面為參考系.當后腳用力向后蹬地時，腳有向后滑動的趨勢(若地面光滑，則腳將向后滑)，因此，腳所受摩擦力的方向向前，即摩擦力為動力.

3. 摩擦力的方向與物體的運動方向既不相同，也不相反.

例4. 如圖所示，物體m靜止在繞中心軸勻速轉動的水平轉盤上，判斷m所受摩擦力的方向.

解析:m的施力物體是轉盤 ，選轉盤為參考系.m沿法向有遠離圓心的運動趨勢，m受到指向軸心的靜摩擦力.若轉盤加速時，物體還有沿切向的運動趨勢，這時，物體不僅受到指向軸心的靜摩擦力F2，還受到切向摩擦力F1，受力如上圖所示(俯視圖).

用上述方法分析摩擦力，有利于加強學生對摩擦力本質的理解，培養了學生用概念解決問題的能力.