例析“善變的摩擦力”

孫成

摘要：結合近幾年高考對摩擦力變化問題的考查，筆者結合平時教學實際以傳送帶模型、疊加體模型、多過程模型為例，從摩擦力的定義和性質等方面入手，總結出幾類常見的摩擦力變化原因及其特點.并通過例題進一步的分析，讓善變的摩擦力不再那么玄妙.

關鍵詞：摩擦力；變化的類型；傳送帶；疊加體模型

摩擦力是歷年高考的熱點也是必考點，筆者結合2013江蘇高考和上海高考關于摩擦力的考查情況，發現考查的一個關鍵點是摩擦力的變化.筆者結合平時的教學淺談摩擦力的變化原因和類型.一、因運動狀態而改變

高中物理主要研究靜摩擦力和滑動摩擦力.這兩種摩擦力也是借助于研究對象相對于接觸的參考系運動狀態的不同而定義的.因此，運動狀態的改變會直接影響摩擦力的變化.

1.運動變化導致摩擦力消失

圖1例1 如圖1所示，一平直的傳送帶以速度v=2 m/s勻速運動，傳送帶把A處的工件運送到B處，A、B相距L=10 m.從A處把工件無初速地放到傳送帶上，問用多長時間到達B端.

點評：詳解略.本題物塊先加速再勻速，運動狀態的改變使得滑動摩擦力由有到無.

2.運動導致摩擦力方向的變化

例2如圖2所示，傳送帶與水平面夾角為37°，并以v =10 m/s運行，在傳送帶的A端輕輕放一個小物體，物體與傳送帶之間的動摩擦因數μ = 0.5，AB長16 m，求：傳送帶逆時針方向轉動，物體從A到B所用的時間.

圖2點評：如圖2傳送帶逆時針轉動時，一開始木塊向下加速時滑動摩擦力向下，當物塊與傳送帶速度相等時，由于物塊仍然有向下的運動趨勢，后來變為滑動摩擦力方向向下.

3.運動導致摩擦力的性質發生變化

例3如圖3所示，傳送帶與地面成夾角θ=37°，以10 m/s的速度順時針轉動，在傳送帶下端輕輕地放一個質量m=0.5 kg的物體，它與傳送帶間的動摩擦因數μ=0.9，已知傳送帶從A→B的長度L=50 m，則物體從A到B需要的時間為多少？

圖3點評：本題物塊先向上勻加速，滑動摩擦力f1向上且大于下滑力，當物塊速度和傳送帶速度相等時，由于最大靜摩擦力大于下滑力，滑動摩擦力突變為靜摩擦力f2，其性質發生了改變，方向不變大小等于下滑力，勻速上升.

二、因正壓力的變化而變化

1.疊加物體模型中正壓力變化導致摩擦力的變化

2013年江蘇高考和上海高考都考到了此類模型.此類模型通常結合運動的多過程考查.

圖4例4（2013年上海高考）如圖4，質量為M，長為L，高為h的矩形滑塊置于水平地面上，滑塊與地面間動摩擦因數為μ；滑塊上表面光滑，其右端放置一個質量為m的小球.用水平外力擊打滑塊左端，使其在極短時間內獲得向右的速度v0，經過一段時間后小球落地.求小球落地時距滑塊左端的水平距離.

點評：詳解略.本題M、m之間不存在摩擦力，故m不動.M與地面存在滑動摩擦力，當M向右運動導致m脫離時，由于M與地面的正壓力變小導致M的滑動摩擦力大小發生變化.

2.豎直平面內圓周運動中正壓力的變化導致摩擦力的變化

小球在粗糙的圓形軌道內側做豎直平面內的圓周運動.由于小球的正壓力大小不斷的改變，整個過程滑動摩擦力不僅大小不斷改變，方向也不斷的變化.

三、因接觸面粗糙的不同而變化

接觸面的粗糙程度不同，動摩擦因數也不同，也會導致摩擦力大小的變化.

圖5例5如圖5所示，平直木板AB傾斜放置，板上的P點距A端較近，小物塊與木板間的動摩擦因數由A到B逐漸減小，先讓物塊從A由靜止開始滑到B.然后，將A著地，抬高B，使木板的傾角與前一過程相同，再讓物塊從B由靜止開始滑到A.上述兩過程相比較，下列說法中一定正確的有（）

（A） 物塊經過P點的動能，前一過程較小

（B） 物塊從頂端滑到P點的過程中因摩擦產生的熱量，前一過程較少

（C） 物塊滑到底端的速度，前一過程較大

（D） 物塊從頂端滑到底端的時間，前一過程較長

點評：詳解略.本題由于A到B動摩擦因素逐漸減小，正壓力不變，所以摩擦力也在不斷的減小.因此可以通過取平均值去計算.

綜上所述：摩擦力的變化的類型多，且是歷年高考的關注焦點，通常結合運動的多過程，疊加物體模型和傳送帶等問題相結合.面對此類摩擦力的變化，必須細心分析屬于哪種類型的變化，并總結變化的規律，才能從題目的陷進中走出來.