產生靜摩擦力的兩個物體一定相對靜止嗎

李常明

(鳳凰縣高級中學 湖南 鳳凰 416200)

1 提出問題

在講授高中靜摩擦力的概念時，許多教師會向學生強調：“受靜摩擦力的物體一定是靜止的”這種說法是錯誤的，原因是沒有指定參考系，只能根據教材上的摩擦力概念，加上“相對”二字，即“產生靜摩擦力的兩個物體一定是相對靜止的”這才是正確的.但是，汽車在不打滑的情況下，驅動輪所受的摩擦力為靜摩擦力，而此時受靜摩擦力的物體——汽車相對施力物體地面卻是運動的，即“產生靜摩擦力的兩個物體一定是相對靜止的”卻是錯誤的.該如何向學生解釋呢？

2 分析探究

從概念上講，仔細閱讀一下人教版的教材會發現，人教版上關于摩擦力的說法雖然是“摩擦力產生在相互接觸的兩個物體之間”，但是，在下面緊接著有一個注釋：物體要能看成質點.在分析摩擦力方向時，如果不能看成質點，則摩擦力更準確地表述為：摩擦力產生在相互接觸的兩個表面之間.只是高中物理教材為降低難度，有意避開了不能看成質點的情況，從而將“表面之間”直接說成“物體之間”.

圖1

根據摩擦力概念，在分析汽車驅動輪不打滑情況下摩擦力的方向時，汽車不能看成質點.現將汽車的局部驅動輪放大，如圖1所示.此時的施力者不是整個地面，應該是輪胎與地面接觸處地面上很小的點A，受力者不是整個汽車，應該是輪胎與地面接觸處輪胎上很小的點1.從點1開始沿汽車前進方向，把驅動車輪的圓周長2πr分成n等分(n足夠大)，依次記為2，3，4，….地面上從點A開始沿汽車前進方向，把與驅動車輪的圓周長2πr對應的直線軌跡分成與之對應的n等分，依次記為B，C，D，….則下一時刻的施力者為點B，受力者為點2；再下一時刻的施力者為點C，受力者為點3；……在這種情況下汽車的前進，不是受力的作用點在力的作用時間內發生位移實現的，而是受力作用點隨時間的增加而不斷變換實現的.每個時刻對于驅動輪與地面相互接觸的兩個點之間仍然是相對靜止的，即在不打滑的情況下，汽車驅動輪所受的摩擦力為靜摩擦力.

如果學生對上面的分析還是不能很好地理解，還可以想象冬天里一種極端的情形來幫助理解，即汽車陷在雪地里根本不能前進，司機加大油門，驅動輪在雪地里打滑，這時驅動輪和雪地之間的摩擦力才是滑動摩擦力.反之汽車驅動輪在不打滑的情況下，驅動輪所受的摩擦力為靜摩擦力.

3 綜合結論

當分析摩擦力的方向時，物體能看成質點，產生靜摩擦力的兩個物體一定是相對靜止的是正確的；物體不能看成質點，從高中要求看，產生靜摩擦力的兩個物體一定是相對靜止的是錯誤的，但從大學要求看，接觸面處兩者仍然是相對靜止的.為了做到教學的嚴謹性，在講解摩擦力的方向時，別忘了提醒學生將物體能看成質點這一條件.