例談靜摩擦力方向的判斷

姚杭洲

摘 要 在高中物理新人教版教材必修一第三單元《力》中主要學習幾種常見的力，重力、彈力、摩擦力，摩擦力最為復雜，尤其是靜摩擦力的方向。對于剛入學高一新生來說，在學習這部分內容時，更感到困或。在教材中關于靜摩擦力是這樣描述的“兩物體沒有相對運動但有相對運動趨勢，靜摩擦力總是阻礙物體的相對運動趨勢、方向與相對運動趨勢的方向相反、與接觸面相切”。學生理解起來相當困難。筆者從理解靜摩擦力的本質阻礙物理相對運動趨勢出發，并通過典型實例解析拋磚引玉，突破判斷摩擦力的方向這一教學難點。

關鍵詞 靜摩擦力方向；相對運動趨勢

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2018）24-0240-01

首先理解“運動”、“相對運動趨勢”這二個概念。“運動”是指所研究的物理相對地面位置發生了變化，一般是以地面為參考系的。“相對運動趨勢”是指所研究的物體相對與它接觸的另一物體位置沒有發生變化、相對靜止但有發生相對運動這種傾向！

圖1

靜摩擦力的方向判斷方法如下：

方法一：直接法

例如圖1，水平地面人用力向前推箱子沒有推動。

解析：研究的物體是箱子，與它接觸的另一物體是是地面。首先找箱子相對地面相對運動趨勢的方向，這里的方法是假設地面是光滑的，那么箱子相對地面必然向前運動，這就說明箱子相對地面有向前運動的的趨勢，靜摩擦力的方向與相對運動趨勢的方向相反。所以靜摩擦力的方向是向后的。

方法二：力的平衡法

例如圖2，一斜面靜止在水平地面上，物塊靜止在斜面上。判斷物塊受摩擦力的方向。

圖2

解析：對物塊受力分析：首先可以確定物塊受到重力豎直向下，斜面對物塊的支持力垂直斜面斜向上，而物塊處于力的平衡狀態，所以物塊受到靜摩擦力必然沿斜面向上。

方法三：假設法

例如圖3，一斜面靜止在水平地面上，物塊靜止在斜面上。判斷地面對斜面有無摩擦力，如果有說明方向。

圖3

解析：首先把物塊和斜面看成一個整體。假設地面對斜面有水平向右的靜摩擦力則由于整體只受到水平向右靜摩擦力一個力，無法保持靜止，所以說明假設不成立，即不受靜摩擦力！

方法四：牛頓第三定律法

例如圖2，一斜面靜止在水平地面上，物塊靜止在斜面上。判斷斜面受到的靜摩擦力的方向。

解析：前面已經分析出物塊受到斜面靜摩擦力的方向沿斜面向上，那么根據牛頓第三定律作用力與反作用力大小相等方向相反，所以斜面受到物塊對它施加的靜摩擦力方向沿斜面向下。

方法五：牛頓第二定律法

圖4

例如圖4，傳送帶以2m/s?的加速度斜向下勻加速傳遞2kg的物品，傳送帶不打滑，求靜摩擦力。

解析：規定沿傳送帶向下為正方向，對物塊受力分析，假設靜摩擦了沿傳送帶向下。由牛頓第二定律：mgsin30°+f =ma

代入數據得f=-6N

即：靜摩擦力的大小為6N，方向沿傳送帶向上。

參考文獻：

[1]秦貴晨.關于靜摩擦力方向的判斷[J].學周刊，2014（07）.