物理教學中摩擦力問題淺探

陳友文

摘 要：摩擦力問題是高中物理教學中一個較為難以理解的問題，本文結合教學實踐談了一點對摩擦力問題的認識。

關鍵詞：物理教學；摩擦力；淺探

在高中物理教學中，力學部分的摩擦力問題是一種常見的力學問題，也是容易在解題中困擾學生的重要問題，本文中本人結合自己三十多年的教學實踐，談談摩擦力的一些常見問題的認識。

一、摩擦力的基本概念

摩擦力是相互接觸的兩個物體之間有相對滑動或者有相對滑動的趨勢時，在他們的接觸面上產生的阻礙相對運動趨勢或相對運動的力。

1.靜摩擦力。當兩個相互接觸的物體之間有相對運動的趨勢而未發生相對運動時，在其接觸面上產生阻礙這種運動趨勢的力叫靜摩擦力。

舉例如：1人行走時利用腳板與地面之間的靜摩擦力，2車子開動時車子的主動輪（即受發動機直接帶動的輪子）依靠與路面間靜摩擦力行駛，若靜摩擦力不足時，輪子會打滑。

在有些條件下，靜摩擦力是一個變化的力，其最大值為最大靜摩擦力。若兩物體間發生相對滑動，所受外力一定要大于靜摩擦力才行。

舉例：一個放在地面上的木箱，受到一個水平推力F作用，箱子的運動會怎么樣呢？（木箱質量為m，重為G=mg）

分析：

（1）當推力F較小時，木箱沒有被推動，這時木箱與地面的靜摩擦力跟推力F相抵消。

（2）當推力F增加一點，木箱若還是沒有被推動，說明木箱與地面的靜摩擦力也增加了，也剛好與推力相抵消。

（3）當推力F增大到一定程度時，木箱被推動，說明推力F大于靜摩擦力。同時說明靜摩擦力增大達到最大靜摩擦力時，就不再增加了，因此靜摩擦力的增力是有限度的。

2.滑動摩擦力。當兩個相互接觸的物體間發生相對運動時，在其接觸面上會產生阻礙相對滑動的力叫滑動摩擦力。

滑動摩擦力有計算公式：F=μmg

式中的μ為木箱與地面間的滑動摩擦分析，μ受到哪些因素的影響呢？

回答：①相互接觸的兩個物體的材料；②是相互接觸的兩物體的接觸面的粗糙程度，一般地滑動摩擦力的大小會略小于最大靜摩擦力。

二、摩擦力的利與害

世界上任何事物都是一分為二的，摩擦力對我們即有利的一面，也有害的一面。

（一）有利的一面

1.本文前述的車輪開動和人的行走時是利用了靜摩擦力。

2.天空中落下的雨點，下落的過程中因受到空氣阻力，落到地面時速度就不會太大，假設沒有空氣阻力，雨點落下的速度會很大，落在人身上可能會造成嚴重的傷害。

3.布織好后，組成布的纖維之間因摩擦力使布較為牢固，若沒有摩擦力，布就容易散開。

4.天冷了，人可以通過兩手摩擦取暖。

5.跳傘運動員可以利用降落傘產生的摩擦阻力而實現安全落地。

（二）有害的一面

1.摩擦容易造成各種機器零件嚴重磨損。

2.摩擦容易造成能量的損耗，增加機械負荷。

3.摩擦嚴重的地方可能引起起火燃燒。

4.高速行駛的車輛和飛行的飛機空氣阻力會很大。

三、如何減少摩擦阻力

在工程實踐中摩擦力往往是有害的，那么如何來減少摩擦造成的損害呢？

1.把接觸面做成光滑面，可以適當降低摩擦。

2.加潤滑油可以較大程度的減小摩擦。

3.改滑動摩擦為滾動摩擦，凡是能夠改成滾動摩擦的盡量改成滾動摩擦，滾動摩擦力遠小于滑動摩擦，例如各種機器中廣泛使用的軸承就是利用了滾動摩擦。并且在軸承中還要加上潤滑油。

4.為了減小車輛的空氣阻力，車輛的外形常做成流線形。

四、教學體會

這部分內容往往是學生感到不好理解的，主要表現在對摩擦力的概念，摩擦力的存在與否，摩擦力的方向及變化，如何利用摩擦和克服摩擦問題上，經常產生混淆，具體表現在以下幾個方面：

1.對產生摩擦的條件的認識不清。不論是靜摩擦力，還是滑動摩擦力，產生的條件有三個：①物體必須相互接觸；②兩物體之間有壓力；③兩物體中必須有一個物體受外力作用產生相對滑動或者有相對滑動的趨勢。

2.對靜摩擦力的概念、彎化規律及方向性的認識不清。靜摩擦力產生條件是：當相互接觸的兩個物體有相對滑動趨勢時產生的阻礙相對滑動趨勢的力，它的存在總是與物體受到的外力相平衡。只要物體未發生相對滑動，靜摩力就一定存在，并且會隨著外力的增加而增加，但是它的增加也是有限度的，一旦達到最大靜摩力就不再增加了。

靜摩擦力是阻力，總是與外力方向相反。

3.滑動摩擦力的計算及方向。

計算公式：f=μFN。

式中：μ是滑動摩擦系數，FN是兩物體間的正壓力

滑動摩擦力是阻力，當運動方向改變，它的方向也相應的會改變。

4.自行車前后兩輪的摩擦力分析。自行車行駛時，后輪是驅動輪，前輪是被動輪，后輪受的摩擦力方向向前，后輪復的摩擦力方向向后，這個問題學生分析起來較難，也容易出錯。

以上是本人教學實踐中關于摩擦力問題的一點探索，不足之處就予批評指正。