摩擦力大小的測和算

張瑞

摩擦力是最常見的一種力，沒有摩擦力，我們就寫不成字；沒有摩擦力，人們將寸步難行；沒有摩擦力，開動的汽車將無法停下來了……摩擦力有利也有弊，為了更好發(fā)揮摩擦力的好處，讓它為我們服務(wù)，也為了減小摩擦力可能帶來的麻煩，我們就要學(xué)習(xí)與摩擦力相關(guān)的知識，知道摩擦力的大小，并在生活中自覺運用摩擦力的知識去解決實際問題.

盈摩擦力的測量

兩個物體接觸（接觸面粗糙且有相互擠壓）并發(fā)生相對滑動時，接觸面上就產(chǎn)生了阻礙其相對運動的滑動摩擦力.滑動摩擦力的方向總是與物體相對運動的方向相反，

探究滑動摩擦力的大小與什么因素有關(guān).是初中物理的一個重要探究實驗，首先，我們可以選擇一個小木塊，將小木塊放在水平長木板上，讓它在水平長木板上運動，于是，就產(chǎn)生了一個摩擦力，我們必須測量出這個摩擦力的大小，那么這個摩擦力的大小怎么測量呢？

滑動摩擦力的大小是間接測量出來的.采用的是物理學(xué)中一種常用的方法——等效替代法，如圖1.可用彈簧測力計拉著小木塊在水平長木板上做勻速直線運動，此時小木塊受力平衡，根據(jù)二力平衡的知識，水平方向的彈簧測力計的拉力大小等于小木塊受到的摩擦力.那么，讀出彈簧測力計的示數(shù).就測量出滑動摩擦力的大小了，

例1 學(xué)過摩擦力知識后.小明想探究摩擦力大小是否與壓力、重力都有關(guān)系.他利用如圖2所示的裝置進行探究實驗.

實驗步驟如下：

①把金屬盒放在質(zhì)量不計的白紙上，讀出臺式測力計的示數(shù)：在拉動白紙的過程中，讀出彈簧測力計的示數(shù)，

②將質(zhì)量不計的氫氣球系在金屬盒上，讀出臺式測力計的示數(shù)；在拉動白紙的過程中，讀出彈簧測力計的示數(shù).

③讓氫氣球繼續(xù)系在金屬盒上，再往金屬盒中注入適量的沙子，使臺式測力計的示數(shù)與步驟①中的示數(shù)相等；在拉動白紙的過程中，讀出彈簧測力計的示數(shù).

實驗相關(guān)數(shù)據(jù)如表1.

（1）此實驗是根據(jù)_____原理測出摩擦力大小的.

（2）與直接用彈簧測力計拉動金屬盒測量摩擦力相比，拉動白紙進行實驗具有容易操作的優(yōu)點，具體體現(xiàn)在：____.（寫出一條即可）

（3）請你補齊表1中空格處的數(shù)據(jù)，其值為____N.

（4）實驗中是通過_____來改變金屬盒總重的.

（5）比較實驗步驟____（填序號）的數(shù)據(jù)，說明摩擦力大小與重力無關(guān)，

解析：（1）實驗中用到了相對運動的知識.拉動白紙向左運動，金屬盒相對于白紙就向右運動.此時金屬盒受到了白紙對它的向左的滑動摩擦力，由于金屬盒實際上始終是靜止在臺式測力計上的.它受到的應(yīng)是平衡力，根據(jù)二力平衡的知識，金屬盒受到的摩擦力的大小等于彈簧測力計的示數(shù).（2）在探究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實驗中，一般是需要拉動物塊做勻速直線運動的.但實際操作時.難以保證物塊做的是勻速直線運動，本實驗中是白紙在運動.此時金屬盒對白紙的壓力不變.接觸面的粗糙程度不變，則白紙與金屬盒之間的滑動摩擦力不變.白紙不必做勻速直線運動，所以操作容易.（3）雖然氫氣球系在金屬盒上，但氫氣球的質(zhì)量不計，所以金屬盒的總重G不變，仍為4.8N.但對臺式測力計的壓力變小了.（4）往金屬盒內(nèi)注入適量的沙子，金屬盒的總重就增加了.（5）比較①③，臺式測力計示數(shù)4.8N不變，金屬盒的總重由4.8N變?yōu)?.4N.但是彈簧測力計示數(shù)為1.8N不變，可見，重力改變，壓力不變，滑動摩擦力的大小不變，從而得出結(jié)論：滑動摩擦力的大小與物體所受的重力大小無關(guān)，

答案：（1）二力平衡 （2）不需要勻速拉動白紙（3）4.8（4）往金屬盒內(nèi)注入沙子（s）①③

點評：此題中測滑動摩擦力大小的方法是對課本實驗方案的改進.更方便對滑動摩擦力的測量.由于水平面上靜止的物體對水平面的壓力大小等于它所受的重力，所以時常被誤認為滑動摩擦力大小與物體所受的重力有關(guān)，此題有助于糾正這個錯誤觀點，第（5）問中，要得出摩擦力大小與重力無關(guān)的結(jié)論，就要選擇壓力不變而重力不同的兩次實驗作比較.

盈摩擦力的計算

1.計算靜摩擦力的大小

當(dāng)兩個相互接觸的物體之間有相對運動的趨勢時，接觸面上就產(chǎn)生了靜摩擦力.靜摩擦力起阻礙物體相對運動的作用，其大小總等于欲使物體運動的那個力的大小.

例2如圖3所示為靜止在豎直墻面上的爬墻遙控車，其質(zhì)量為0.03kg，“腹部”有吸盤.當(dāng)爬墻遙控車的真空泵將吸盤內(nèi)的空氣向外抽出時.遙控車能牢牢吸在豎直的墻面上而不會掉落，這是因為遙控車受到了

的作用，其大小等于

一.（取g=10N/kg）

解析：由于遙控車受到重力的作用，相對于墻壁有向下運動的趨勢，墻壁會對遙控車產(chǎn)生阻止它向下運動的靜摩擦力，遙控車靜止在墻壁上，此摩擦力與重力是一對平衡力，遙控車所受的重力G=mg=0.03kgx10N/kg=0.3N.則它所受的豎直向上的靜摩擦力大小也等于0.3N.

答案：摩擦力（或靜摩擦力）0.3N

點評：計算靜摩擦力，要用到二力平衡的條件，相互平衡的兩個力大小相等.

2.計算滑動摩擦力的大小

實驗證明，滑動摩擦力的大小與壓力的大小以及接觸面的粗糙程度有關(guān).壓力越大，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大.

初中階段，滑動摩擦力的大小一般要利用二力平衡的知識來計算.例如物體做勻速直線運動時.滑動摩擦力大小一定等于使其前進的動力，

例3 如圖4所示.一個重為G的物體放在水平地面上，在水平向右的拉力F作用下，沿水平面向右做勻速直線運動.已知G=40N，F(xiàn)=10N.

（1）求運動過程中物體受到滑動摩擦力的大小.

（2）我們知道，滑動摩擦力f的大小是由物體接觸面間的壓力fn和接觸面的粗糙程度決定的.物理學(xué)中用動摩擦因數(shù)u表示接觸面的粗糙程度，則有關(guān)系式f=ufn成立，求圖4中物體與地面間的動摩擦因數(shù)uendprint

解析：（1）物體在水平方向上受到兩個力的作用，分別是拉力和摩擦力，由于物體做勻速直線運動，受到的拉力和摩擦力是一對平衡力，所以滑動摩擦力等于拉力，即f=F=10N.

（2）物體放在水平面上，水平面受到的壓力等于物體所受的重力，即Fn=G=40N.由關(guān)系式戶f=ufn，帶入數(shù)據(jù)可求得圖中物體與地面間的動摩擦因數(shù)

答案：（1）10N.（2）0.25.

點評：物體做勻速直線運動時受到的力是平衡力，利用二力平衡的知識求解滑動摩擦力的大小.是初中階段常用的方法.由于滑動摩擦力的大小只與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，若該題目中物體做加速或者減速運動，滑動摩擦力的大小都不會改變，仍然是10N.

學(xué)即用，練一練：

1.小明同學(xué)在做“探究滑動摩擦力的大小與什么因素有關(guān)”的實驗過程中，將木板水平固定后.用水平力拉動圖5甲中的物塊m在木板上滑動，當(dāng)物塊勻速滑動時，彈簧測力計的示數(shù)為1.6N，設(shè)物塊m受到的滑動摩擦力為fi，則fi=____N.如圖5乙所示，小明在物塊m上加個砝碼后，再次用水平力拉動物塊m在同一木板上勻速滑動，設(shè)此時物塊m受到的滑動摩擦力為f，則f2_（填“大于”“小于”或“等于”）f1.2.如圖6所示，疊放在一起的物體A和B在大小為F的恒力作用下沿水平面做勻速直線運動.則下列結(jié)論正確的是（）.

A.甲、乙兩圖中A物體所受的摩擦力大小均為F

B.甲、乙兩圖中B物體受到地面對它的摩擦力均為F

C.甲圖中，物體A受到的摩擦力為零，物體B受到地面對它的摩擦力為F

D.乙圖中，物體A受到的摩擦力為F.物體B受到地面對它的摩擦力為F

3.在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中.

（1）將物體A置于水平木板上，用彈簧測力計沿水平方向拉動，使其做

運動，這時滑動摩擦力的大小等于彈簧測力計拉力的大小.

（2）小明設(shè)計了如圖7所示的實驗方案，通過實驗得到了正確的結(jié)論.

①下列各種現(xiàn)象中，利用了該實驗結(jié)論的是____（選填字母）.

A.汽車在結(jié)冰的路面行駛時，在車輪上纏繞鐵鏈

B.用力壓住橡皮，擦去寫錯的字

C.移動很重的石塊時，在地上鋪設(shè)滾木

②圖7甲中物體運動的速度為v1，圖7乙中物體運動的速度為V2，實驗過程中，關(guān)于v1和v2的大小，下列說法正確的是___（選填字母）

A.vl-定大于V2 B.Vl -定小于v2

C.Vl -定等于V2 D.vl可以大于、等于或小了二V2

參考答案：1.1.6 大于 2.B

3.（1）勻速直線（2）①B②Dendprint