王春蘭
【摘要】:對于高中物理的學習來說,摩擦力的學習是其中的重點和難點問題。學生在學習物體受力這一階段的內容時,對于摩擦力問題的分析常常會出錯,尤其是對靜摩擦力的分析難度比較大。本文首先分析了摩擦力是如何產生的,進而探討了靜摩擦力與動摩擦力的特點,并通過具體案例對摩擦力問題的分析思路進行了研究。
【關鍵詞】:高中物理;摩擦力問題;分析思路
高中階段的物理課程,摩擦力這部分知識是重點和難點,按照物體狀態的差異性,摩擦力一般分為以下兩種:靜摩擦力與動摩擦力。學生在學習摩擦力這部分知識時覺得較為困難,很重要的一個原因就是對問題的分析思路不夠準確,并未準確的把握到最佳的解題方向,而在對摩擦力問題的分析過程中,要想準確分析物體的受力情況,就首先要了解摩擦力是如何產生的。下面就高中物理摩擦力問題的分析思路展開探討。
一、摩擦力是如何產生的
(1)接觸面粗糙且存在彈力
在學習摩擦力這部分知識時,大部分學生對接觸面粗糙這一條件是較為容易理解的,但又常常會忽視存在彈力這一重要條件。在學習過程中,許多同學一看到兩個存在接觸的物體就認定兩者之間具有摩擦力,而不能去進一步分析它們之間是不是存在彈力。而在實際做題過程中,又常常會遇到兩個物體看上去存在接觸,但并不存在彈力的情況。所以,必須要判斷出物體之間是不是具有彈力才能判定是不是存在摩擦力,而較為常用的方法就是將某一個物體撤掉,再仔細觀察剩下的物體是不是會受到相應的影響。如果剩下的物體的狀態出現改變,那么就表明彈力的存在,否則就沒有,如此就能較為準確的判斷摩擦力是否存在了。
(2)具有相對滑動或相對滑動的趨勢
物體是否具有相對滑動是較為容易認識的,但是否具有相對滑動的趨勢則較為難以判斷,由于相對滑動趨勢的隱蔽性以及多變性,對于高中階段的學生來說,想要準確的給出判斷是非常困難的,這就需要在今后的學習過程中予以不斷的總結。
二、摩擦力問題的分析
(1)靜摩擦力的特點
這里提到的靜摩擦力,其對于物體的運動既可以是動力,也可以是阻力,也即是說其既能夠做正功,也能夠做負功。靜摩擦力對于物體的作用,只可以是將物體間的機械能相互轉換,而不可以將機械能轉換成別的類型的能量。對于靜摩擦力來講,在一個互相作用的體系內,一對靜摩擦力做功的總代數和是零。比如,對于兩個相互存在靜摩擦力的物體A和物體B來說,前者對后者的摩擦力和后者對前者的摩擦力大小相同,而方向相反。A與B兩個物體在運動的過程中,其相對于地面的位移相同,因此這一對靜摩擦力是一個起到動力的作用,一個起到阻力的作用,且做功的總代數和是零。
(2)靜摩擦力問題的分析
對于靜摩擦力問題的分析,常常讓學生感到困難的是對其方向的判定。由于靜摩擦力是在靜止情況下形成的,其方向恰恰是與相對運動的方向相反的。一般認為,通過對物理規律以及靜摩擦力的形成條件來分析是非常有必要的??梢酝ㄟ^相對運動的運動趨勢來判定靜摩擦力的方向,而應用這一方法來判定靜摩擦力,首先就需要假設物體的接觸面是粗糙的,假設物體并未遭受摩擦力的情況下來判定物體的運動趨勢,這個運動的方向即是物體的運動趨勢方向,而靜摩擦力的方向也就是這一方向的相反方向。下面借用一個案例來具體分析一下靜摩擦力的方向是如何判斷的。
如圖1所示,在機械傳送裝置上放上一個木塊,當傳送裝置勻速的運動時,其上放置的木塊相對于傳送裝置來說是靜止狀態的,此時木塊受到的力有兩個:豎直向下的重力、垂直于接觸面的支撐力,那么就來具體分析一下這時候木塊所受到的摩擦力的方向。
解析:因為圖中的木塊是伴隨機械傳送裝置的運動而運動的,此時木塊在多種力的影響下處在相對平衡的條件下,所以按照物體在靜止狀態下受力平衡的理論來分析,就可以給出以下結論,靜摩擦力的方向是沿傳送裝置的斜面向上的。
(3)動摩擦力的特點
在學習過程中,學生在遇到有關動摩擦力的題目時,常常會認為摩擦力是一定做功的,實際上并不是這樣的,滑動摩擦力在物體的運動過程中也存在不做功的可能。比如:兩個物體相對運動,假如一個物體相對于地面是靜止狀態的,那么摩擦力對這一物體就不存在做功。
(4)動摩擦力問題的分析
對于動摩擦力問題的分析,首先要滿足上文提到的摩擦力形成的兩個必要條件,再對物體的運動方向進行分析,但在分析過程中必須注意以下兩個方面:
第一,對正壓力進行分析。這里所說的正壓力,指的是物體在相對運動狀態下,與接觸面相互垂直的壓力,假設接觸面是一個平面,那么正壓力就與平面相垂直,假設是曲面,那么正壓力就與接觸點的切線方向相垂直。
如圖2所示,將一個質量為m的木塊,從斜坡頂由靜止狀態勻加速滑下,其與斜坡的動摩擦因數為μ,夾角為α,求解木塊所受摩擦力?
解析:首先要將木塊所受的力予以分解,如上圖所示,G1 = mgcosα,G2 = mgsinα且N = G1 = mgcosα。所以,由牛頓定律能夠得出木塊所受的正壓力是F = N = mgcosα,因此木塊所受的摩擦力為f =μF =μmgcosα。
第二,準確分析物體的相對滑動方向。在物體的相對運動過程中,摩擦力既可能是動力,也可能是阻力。一般來說,滑動摩擦力在兩個相對運動的物體之間是成對出現的。
如圖3所示,在力F的作用下,物體A對物體B有摩擦力,同時物體B也會對物體A產生摩擦力,那么在運動的狀態下物體B受到的摩擦力就變成了其前進的動力。
結語
總的來說,在高中物理的學習過程中,摩擦力問題是其中的重點和難點問題。學生在學習這一階段內容的過程中,對于摩擦力問題的分析必須予以重視。本文首先對摩擦力的產生條件進行了分析,進而探討了靜摩擦力與動摩擦力的特點,并通過具體案例研究了摩擦力問題的分析思路。
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