高中物理中的摩擦力知识探析

摩擦是一种极为普遍的物理现象,是高中物理教学中的重点和难点,也是高考中的热点.好多学生对摩擦现象不了解,对摩擦力概念的理解不够深入,认为摩擦力难学、难掌握.下面笔者结合自己多年的教学实践谈谈关于对摩擦力的几点肤浅认识.

一、摩擦力的分类

摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力.高中阶段我们着重研究静摩擦力和滑动摩擦力.

二、摩擦力的定义

当一个物体在另一个物体的表面沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,在两物体的接触面之间会产生阻碍它们相对运动或相对运动趋势的力,这个力叫摩擦力.若两个相互接触且相对静止的物体在外力作用下只具有相对滑动趋势却未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力；若发生了相对滑动则叫滑动摩擦力.它们的区别就是,静摩擦力为两物体间有相对滑动趋势但没有发生相对滑动,而滑动摩擦力是二者之间已经发生了相对滑动.

三、摩擦力的产生条件

两个物体接触面间不光滑、两个物体有相对运动趋势或者有相对运动、两物体接触面间有正压力,是物体间产生摩擦力的缺一不可的条件.因为两物体间的正压力方向是垂直接触面的,而摩擦力的方向是沿接触面的,所以接触面间的弹力和摩擦力方向一定是互相垂直的.

四、摩擦力的方向

物体所受摩擦力的方向一定与物体相对另一物体的相对运动趋势方向或者相对运动方向相反,但是不一定和物体的运动方向相反,例如图中传送带逆时针匀速转动,而且传送带足够长,物块轻轻地放在传送带的上端,物块相对传送带的相对运动方向沿传送带向上,传送带对物块的滑动摩擦力方向沿传送带向下,物块的运动方向沿传送带向下,所以物块受的滑动摩擦力方向与物块相对传送带的相对运动方向相反而与物体的运动方向相同,传送带相对物块的相对运动方向沿传送带向下,物块对传送带的滑动摩擦力方向沿传送带向上,与传送带相对物块的相对运动方向相反,与传送带的运动方向相同.

五、摩擦力的大小

在确定摩擦力的大小之前,要判明发生的是静摩擦力还是滑动摩擦力,因为这两种摩擦力的计算方法不一样.若是滑动摩擦力,则可用公式f等于uN来计算,公式中N指接触面间的正压力,并不一定等于物体的重力.若是静摩擦力,就不能用上述公式求解,只能根据物体的运动状态来求解（平衡或加速）,若为平衡状态,则利用平衡条件列方程求解；若为匀加速运动,则用牛顿第二定律列方程求解,其大小飘忽不定,完全由其他力决定.所以要解决好静摩擦力大小的问题,首先要弄清楚其他力的情况,静摩擦力的最大值叫最大静摩擦力fm,当F>fm时,物体由静摩擦转变为滑动摩擦.然而,不能绝对地说静止的物体受到的摩擦必为静摩擦力,运动着的物体受到的摩擦力必为滑动摩擦力.正确的理解应为：静摩擦力是保持相对静止的两物体之间的摩擦力,受静摩擦力的物体不一定静止；滑动摩擦力是具有相对运动的两个物体之间的摩擦力,受滑动摩擦力的两个物体不一定都运动.

六、摩擦力做功特点

静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用）,而没有机械能转化为其他形式的能.相互作用的系统内,一对静摩擦力所做功的代数和总为零.对相互有静摩擦力作用的两物体A和B来说,A对B的摩擦力和B对A的摩擦力是一对作用力和反作用力：大小相等,方向相反；又由于两物体相对静止,其对地位移必相同,所以这一对静摩擦力一个做正功、一个做负功,其代数和必为零.滑动摩擦力可以不做功,例如若相对运动的两物体之一对地面静止,则滑动摩擦力对该物体不做功；滑动摩擦力可以做正功,例如货车车厢内放一木箱,货车突然加速,木箱相对货车向后滑动,但相对地面向前运动,则货车对木箱的滑动摩擦力做正功；滑动摩擦力可以做负功,上例中木箱对货车的滑动摩擦力对货车做负功.相互作用的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总和不为零,其总功的绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能.因为对有相互滑动的两个物体来说,所受的滑动摩擦力是一对作用力和反作用力：大小相等,方向相反；又由于两个物体发生了相对滑动,二者对地位移不等,一个滑动摩擦力做正功,另一个滑动摩擦力做负功,所以二者做功代数和不为零.一对滑动摩擦力做功的过程中,能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体间机械能的转移；二是机械能转化为内能,即“摩擦生热”.在曲线运动或者往返运动中如果有滑动摩擦力、空气阻力这样的介质阻力做功时,所做的功等于力和路程（不是位移）的乘积.

以上是笔者在高中物理教学实践中,根据自己的切身体会提出的关于摩擦力的几点探析.当然有些尚不成熟,还有待在以后的教学活动中不断改进、完善,希望同行能提出更好的建议或意见.

（作者单位：河南省潢川高级中学）