探究高中物理摩擦力中的突變問題

祝普剛

【摘要】當前在高中物理關于摩擦力的學習中，最主要的內容就是滑動摩擦力和靜摩擦力，在高中物理教學過程中發展滑動摩擦力和靜摩擦力會隨著物理情境的變化而發生突變，所以在解決相關問題時就要求高中學生具有較強的動態分析能力，這對學生的能力要求較高。因此，大部分的高中學生在遇到這一問題時都會感到困惑，本文針對高中物理摩擦力中的突變問題進行深入分析和研究，供讀者參考。

【關鍵詞】高中物理 ? 摩擦力 ? 突變問題

【中圖分類號】G633.7【文獻標識碼】A【文章編號】1992-7711（2020）28-079-01

在近幾年的高中學習當中摩擦力是一項極其重要的內容，幾乎每年都會成為高考題目，同時也經常出現關于摩擦力的突變問題，而且題目的形式和種類多樣，經常會出現關于該相作用力的大小和方向的突變內容。一般情況下，突變指的就是某一物體從一種形態轉變為另外一種形態，在短時間內變化的一個過程。如果物體受力或者運動的情況下，那么這一作用力就會出現突變問題，導致物體的本身的運動情況和受力情況受到影響。受力突變問題一般都含有較大的特殊性和隱含性，導致高中學生在做相關習題時經常會出現錯誤，所以高中物理教師應該根據這一問題加大教學力度和練習力度。

一、“靜——靜”突變

一個物體如果在摩擦力和一些其他的外力下處于靜止狀態，如果這一物體受到其他力的合理發生改變時，物體仍然處于靜止狀態，那么就說明這一物體受到的靜摩擦力的方向和大小發生了突變。案例如下：

在水平面上，有一個質量為10kg的小鐵塊，將小鐵塊拴在一水平被拉伸彈簧的一端，彈簧的另一端固定在小車上，當它們都處于靜止時，彈簧對物塊的彈力大小為3N，若小車以a=0.5m/s2的速度水平向右勻加速運動時（ ? ? ?）

A.小鐵塊相對于小車仍然靜止;

B.小鐵塊受到的摩擦力方向不變;

C.小鐵塊受到的摩擦力變小;

D.小鐵塊受到的彈簧的拉力將增大。

解析：小鐵塊與小車都處于靜止狀態時，小鐵塊所受到的合力為0，彈簧對小鐵塊向右的彈力大小為3N，小鐵塊受到小車對它靜摩擦力方向向左，為3N.所以小車對小鐵塊的最大靜摩擦力至少3N.當小車以0.5m/s2的加速度水平向右勻加速運動時，小鐵塊所受向右合力應為F=ma=5N.若小鐵塊相對于小車靜止，則彈簧對小鐵塊向右的彈力大小仍然為3N，小車對小鐵塊靜摩擦力大小為2N、方向水平向右，而2N顯然小于小車對小鐵塊的最大靜摩擦力至少3N，這說明小鐵塊相對于小車仍然靜止，沒有發生滑動。小車水平向右勻加速運動時，靜摩擦力發生了突變：方向由原來的水平向左變為水平向右;大小由3N變為2N.本題選項A、C正確。

二、“靜-動”突變

一個物體如果在摩擦力和一些其他的外力下處于靜止狀態，當一個力發生變化使物體隨之產生運動，那么說明摩擦力發生突變問題，靜摩擦力突變為滑動摩擦力。案例如下：

小木塊A和小木塊B疊放在光滑的水平面上，木塊A和木塊B的質量分別為2kg和6kg，為了能夠使木塊A和木塊B相對靜止在水平面上做加速運動，作用在小木塊B上的水平拉力F不能超過4N.如果將此水平拉力作用在木塊A上，則（ ? ? ）

A.木塊A和木塊B仍相對靜止一起加速運動;

B.木塊A和木塊B將發生相對運動;

C.木塊A做勻速運動，木塊B做加速運動;

D.木塊A和木塊B一起做勻速運動。

解析：設木塊A和木塊B之間的靜摩擦力為Ffmax，如果水平拉力F作用在木塊B上時，F=（mA+mB）a，Ffmax=mAa，所以Ffmax=1N，如果水平拉力作用于木塊A，那么木塊A和木塊B不會發生相對運動，一起運動的最大加速度和拉力的最大值分別為amax=1/6m/s2，Fmax=4/3N，因為Fmax>F，木塊A和木塊B會發生相對運動，木塊A和木塊B都做加速度運動，所以選擇B選項。

三、“動——靜”突變

如果兩個物體之間由相對滑動變為相對靜止，那么這兩個物體之間的摩擦力，通常都是由滑動摩擦力變為靜摩擦力。案例如下：

質量為8kg的小車B放在光滑的水平面上，在小車右端加一個水平向右的恒力F=8N。當小車向右運動速度達到15m/s時，在小車的右側放置一個質量為2kg的小木塊A，木塊和小車之間的摩擦因數為0.2，求經過1.5s后，小車位移的大小。

解析：aA=2m/s2，aB=0.5m/s2，設A、B速度為t1，則t1=1s

四、“動——動”突變

放兩個物體之間發生相對滑動時，物體的運動狀態發生改變，可能物體之間的滑動摩擦力發生突變問題。案例如下：

傳送帶長度為3.25m，與水平方向成30度角，傳送帶的兩輪逆時針轉動，使傳送帶始終以2m/s的速率運動。將一物體輕放在傳送帶的上端A，物體與傳送帶之間的動摩擦因數√3/5，g=10m/s2，求物體從傳送帶的上端A運動到下端B所用的時間。

解析：開始物體相對傳送帶向上運動，物體受到的滑動摩擦力沿傳送帶向下，當物體加速到v時，傳送帶勻速運動，物體要加速運動，物體相對傳送帶向下運動，受到的滑動摩擦力沿傳送帶向上。剛放上物體時，根據牛頓第二定律，所以a1=8m/s2物體加速到v所需時間為0.25s，通過的距離為0.25m，物體加速到v后，根據牛頓第二定律，所以a2=2m/s2，又s2=3m，所以t2=1s故物體從A運動到B所需的時間為1.25s.

結束語

總體而言，本文針對摩擦力“靜——靜”突變、“靜——動”突變、“動——靜”突變、“動——動”突變等問題進行舉例分析，將高中物理摩擦力與物理運動和狀態變化之間隱含著力的突變問題全部揭示出來，通過這種方法讓高中學生對物理摩擦力方面問題有了更加深入的理解和掌握，從而提高高中學生的物理學習成績，提高高中物理課堂教學的質量和效率。

【參考文獻】

[1]王萬平.站在摩擦力的立場看“突變”——也談摩擦力的突變問題[J].教育革新，2018，000 （003）：P.38-39.

[2]羅緒凱，朱小霞.關于分析皮帶傳送中的摩擦力突變問題[J].考試周刊，2016（76）：146-146.

[3]徐曉明.力隨境遷抓住界點——應用牛頓運動定律解決摩擦力的突變問題[J].新課程（教育學術），2011（3）：313-314.