高中物理學中有關摩擦力問題的分析

曹水生

高中物理學的學習困難之處在于受力分析，而受力分析的難點在對于物體受到摩擦力進行分析。摩擦力是力學中的三大性質力之一，正確認識摩擦力對整個力學的學習有著至關重要的作用。高中物理的學習主要涉及靜摩擦力和滑動摩擦力，分類和判斷方法如下。

1.靜摩擦力是否存在及方向的判斷方法

（1）假設法：假設光滑，物體若發生相對運動，則其方向即為相對運動趨勢方向。

（2）反推法：從研究對象表現出來的運動狀態，結合物體受到的其他力，反推摩擦力是否存在及其存在時的方向。

a.f靜的方向：與相對運動趨勢方向相反。

b.f靜的范圍：fm≥f靜≥0。

2.滑動摩擦力方向的判斷方法

“與相對運動方向相反”是判斷的依據。特別要注意“相對運動”的含義，它是指研究對象相對于被接觸物體所進行的運動。

a.f滑的方向：與相對運動方向相反。

b.f滑的大小：f滑=μFN。

在實際應用中，我們會遇到各種關于摩擦力的問題，筆者就以下幾個有關摩擦力問題的分析。

一、摩擦力的基本問題

例1.如圖所示，水平面上有一重為40N的物體，受到F1=13N和F2=6N的水平力作用而保持靜止.已知物體與水平面間的動摩擦因數μ=0.2.設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：

（1）物體所受的摩擦力的大小與方向；

（2）若只將F1撤去，物體受到的摩擦力的大小和方向；

（3）若撤去的力不是F1而是F2，則物體受到的摩擦力的大小、方向又如何？

（3）撤去F2后，因F1>fm，物體將向左運動，受到滑動摩擦力作用f2=8N，方向向右。

點評：本題關鍵是要能正確判斷物體受到的是靜摩擦力還是滑動摩擦力，先假設物體相對地面靜止，根據平衡條件計算得出摩擦力的大小，跟最大靜摩擦力相比較。如果小于最大靜摩擦力則假設成立，如果大于最大靜摩擦力，則物體已經滑動，則要按滑動摩擦力來解決問題。

二、摩擦力的綜合問題

例2：如圖所示，斜面體M放置在水平地面上，位于斜面上的物塊m受到沿斜面向上的推力F作用。設物塊與斜面之間的摩擦力大小為F1，斜面與地面之間的摩擦力大小為F2。增大推力F，斜面體始終保持靜止，下列判斷正確的是（ ）。

A.如果物塊沿斜面向上滑動，則F1、F2一定增大

B.如果物塊沿斜面向上滑動，則F1、F2一定不變

C.如果物塊與斜面相對靜止，則F1、F2一定增大

D.如果物塊與斜面相對靜止，則F1、F2一定不變

解析：若物體沿斜面向上滑動，F1=μmgcosθ，m對M的摩擦力、壓力均不變，故F1、F2不變，A錯、B對。若物塊與斜面相對靜止，m受靜摩擦力的方向可能沿斜面向上、向下或者為零，故F增大，F1可能增大，也可能減小；取整體作為研究，F增大，F2一定增大，C、D錯。

點評：本題A、B選項物體向上運動時m受到M的滑動摩擦力，M相對地面靜止，受到地面的是靜摩擦力。力F作用在m上且沿斜面向上，不影響m對M的壓力和摩擦力。摩擦力大小和方向的判斷比較明確。C、D選項由于物體受力沿斜面向上，則物體在斜面上相對斜面運動趨勢不明確，根據F的情況來判斷，有三種可能情況，需討論處理。

例3：如圖所示，質量分別為mA、mB的兩物塊A、B疊放在一起，若它們共同沿固定在水平地面上傾角為α的斜面勻速下滑。則（ ）。

A.A、B間無摩擦力

B.A、B間有摩擦力，且A對B的摩擦力方向沿斜面向下

C.B與斜面間的動摩擦因數μ=tanα

D.B對斜面的摩擦力方向沿斜面向下，大小為（mA+mB）gsinα

解析：對AB整體：（mA+mB）gsinα=μ（mA+mB）gcosα，∴μ=tanα，故C、D正確；對A受力分析知，B對A摩擦力fBA沿斜面向上，∴A對B摩擦力fAB沿斜面向下，故B正確。

點評：本題考查了整體法和隔離法的靈活運用。A、B共同沿斜面下滑，在研究B與斜面之間摩擦力情況時可以把A、B看成整體，根據滑動摩擦力知識來解決。在研究A、B之間的摩擦力時，采用隔離法，由于A、B相對靜止，需根據靜摩擦力條件判斷A、B之間有無靜摩擦力及方向。

總之，涉及摩擦力的問題，我們就要根據摩擦力的知識，正確判斷出摩擦力的有無、性質、方向及大小。靈活應用假設法、整體法、隔離法等方法來解決相關問題。