糾正學(xué)生對(duì)摩擦力的幾個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)

何吉明

高中階段學(xué)習(xí)摩擦力主要分析滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力.解題時(shí)首先要弄清是哪一種摩擦力，它有何特點(diǎn).

滑動(dòng)摩擦力是一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力.這時(shí)相互接觸的兩個(gè)物體之間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而摩擦力表現(xiàn)為阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故滑動(dòng)摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度及兩接觸面之間的正壓力大小有關(guān).

靜摩擦力是相互接觸的兩個(gè)物體之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的.靜摩擦力表現(xiàn)為阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反.

在學(xué)習(xí)摩擦力的過(guò)程中，同學(xué)們?nèi)菀仔纬梢韵聨讉€(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí).

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)一 摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反

（1）靜摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系

例如：一個(gè)物體放在傾斜的傳送帶上，保持與皮帶相對(duì)靜止，如圖1所示.

①若皮帶勻速向上運(yùn)動(dòng)，物體受靜摩擦力沿皮帶向上，物體位移沿皮帶向上，故靜摩擦力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同.

②若皮帶勻速向下運(yùn)動(dòng)，物體受靜摩擦力沿皮帶向上，物體位移沿皮帶向下，故靜摩擦力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反.

③物體A靜止在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上，如圖2

所示.

對(duì)A進(jìn)行受力分析：受豎直向下的重力和豎直向上支持力，A又隨圓盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，需要的向心力就只有圓盤(pán)對(duì)A的靜摩擦力提供，方向指向圓心.摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向成90°角.

（2）滑動(dòng)摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系

例如：一個(gè)物塊放在水平的木板上，用水平向右的力拉物塊相對(duì)木板向右運(yùn)動(dòng)，如圖3所示.

①若物塊向右運(yùn)動(dòng)，木板也向右運(yùn)動(dòng)，則木板受到的滑動(dòng)摩擦力向右，位移向右.故滑動(dòng)摩擦力方向與木板運(yùn)動(dòng)方向相同.

②若物塊向右運(yùn)動(dòng)，木板不動(dòng)，物塊受到的滑動(dòng)摩擦力向左，位移向右.故滑動(dòng)摩擦力方向與物塊運(yùn)動(dòng)方向相反.

綜上所述，摩擦力的方向可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同，可能與物體的運(yùn)動(dòng)的方向相反，還可能與物體運(yùn)動(dòng)方向成一夾角.

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)二 摩擦力只能是阻力，不能是動(dòng)力

一談到摩擦力，很多同學(xué)就錯(cuò)誤地認(rèn)為摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，是阻力.其實(shí)摩擦力總是阻礙相互接觸的物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng).物體受的摩擦力既可作動(dòng)力，也可作阻力.

（1）靜摩擦力可作動(dòng)力，也可作阻力

在圖1中若皮帶勻速向上運(yùn)動(dòng)，物體受靜摩擦力沿皮帶向上，物體位移沿皮帶向上，物體受到的靜摩擦力就起著動(dòng)力的作用；若皮帶勻速向下運(yùn)動(dòng)，物體受靜摩擦力沿皮帶向上，物體位移沿皮帶向下，物體受到的靜摩擦力就起著阻力的作用.

（2）滑動(dòng)摩擦力可作動(dòng)力，也可作阻力

在圖3中若物塊向右運(yùn)動(dòng)，木板也向右運(yùn)動(dòng)，則木板受到的滑動(dòng)摩擦力向右，位移向右.故木板所受滑動(dòng)摩擦力就起著動(dòng)力的作用；物塊受到的滑動(dòng)摩擦力向左，位移向右.故物塊所受滑動(dòng)摩擦力就起著阻力的作用.

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)三 靜止的物體受到的摩擦力必定是靜摩擦力，運(yùn)動(dòng)的物體受到的摩擦力必定是滑動(dòng)摩擦力.

例如：擦黑板，板擦和黑板發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，它們之間是滑動(dòng)摩擦力.黑板靜止，但受到的是滑動(dòng)摩擦力.

如圖4所示，B置于光滑的水平面上，A置于B的上面，且A、B接觸面粗糙.A、B在水平力F作用下，一起向右做加速運(yùn)動(dòng).由于A、B相對(duì)靜止，它們之間是靜摩擦力.A物體運(yùn)動(dòng)，但受到的是靜摩擦力.

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)四 動(dòng)摩擦因數(shù)μ一定小于1

μ為物體接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，主要是由兩物體接觸面的材料和物體間接觸面的粗糙程度決定.從摩擦產(chǎn)生的機(jī)理看：動(dòng)摩擦因數(shù)μ可以小于1，等于1或大于1.

例如：質(zhì)量為m的物體放在傾角為θ的固定斜面上，物體將沿斜面勻速下滑，求物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù).

對(duì)物體進(jìn)行受力分析，如圖5所示，因?yàn)槲矬w做勻速運(yùn)動(dòng)，所以有：

mgsinθ=μmgcosθ

得： μ=tanθ

討論：當(dāng)θ<45°時(shí)，μ<1；當(dāng)θ=45°時(shí)，μ=1；當(dāng)θ>45°時(shí)μ>1.

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)五 f=μFN中的FN就是重力

FN表示物體受到的正壓力，不一定等于物體的重力，甚至可以與重力無(wú)關(guān).在圖5中物體對(duì)斜面的壓力大小等于重力的一個(gè)分力，即FN=mgcosθ，方向垂直于斜面向下.在擦黑板中，板擦對(duì)豎直黑板面的壓力大小等于外力F，方向垂直于黑板面，與重力無(wú)關(guān).

錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)六 摩擦力做功就一定要損失機(jī)械能，并且損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

摩擦力既可做動(dòng)力，又可做阻力，因此摩擦力既

可做正功，又可以做負(fù)功.一對(duì)靜摩擦力做功，機(jī)械能不發(fā)生轉(zhuǎn)化；一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做的功等于系統(tǒng)減少的機(jī)械能，等于轉(zhuǎn)化的內(nèi)能.

如圖6，質(zhì)量為m的小木塊A以水平初速度v0沖上質(zhì)量為M、長(zhǎng)為l、置于光滑水平面上的木板B上，并正好不從B上掉下，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.求此過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)能.

解析 A滑上B后，A、B之間的滑動(dòng)摩擦力的方向如圖6所示，其大小F=F′=μmg.設(shè)當(dāng)A恰好滑到B的末端時(shí)，二者具有共同速度v.

對(duì)A：F與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，做負(fù)功，

W1=-Fsm；

由動(dòng)能定理：W1=12m（v2-v20） （1）

對(duì)B： 與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同，做正功，W2=F′sM；

由動(dòng)能定理： W2=12Mv2（2）

摩擦力對(duì)系統(tǒng)所做功

W=W1+W2=μmg（sM-sm）=-μmgl （3）

將（1）、（2）代入（3）得滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)所做功：

W=-μmgl=12（M+m）v2-12mv20