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【引用】消除对摩擦力理解错误观念  

2011-09-20 07:46:01|  分类: 力学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自布川写的鱼《消除对摩擦力理解错误观念》

 

摩擦力分滑动摩擦力和静摩擦力。解题时首先要弄清是哪一种摩擦力,它有何特点。

滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时所产生的摩擦力。这时相互接触的两个物体之间产生了相对运动,而摩擦力表现为阻碍相对运动,故滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度及两接触面之间的正压力大小有关。

静摩擦力是相互接触的两个物体之间没有发生相对运动,但有相对运动的趋势时产生的。静摩擦力表现为阻碍相对运动趋势,所以静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反。

在学习摩擦力的过程中,容易形成以下错误观念。

一、摩擦力的方向与物体的运动方向相反

例1 如图1,物块A随传送带一起运动,当传送带分别处于图示的运动状态时,试画出物块A的受力示意图。

【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客

分析:图1甲、丙、丁中,物体所受摩擦力为静摩擦力,其方向跟相对运动趋势的方向相反,而跟物体运动的方向关系表现为:甲、丙相同,丁相反。图乙中,因物块A与传送带之间没有相对运动的趋势,所以不存在摩擦力(尽管物体在运动)。

受力情况分别对应如图2:

【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客

二、滑动摩擦力的方向与拉力的方向相反

例1 如图3,物体A在拉力F的作用下沿水平面匀速运动,试画出物体A的受力示意图。

【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客

分析:此题易作出如图4所示的错误受力分析图。摩擦力的方向应沿着接触面的方向,而与拉力方向无关。正确的受力分析如图5所示。

【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客

例2 重为10N的物块在4N水平向右的拉力作用下,沿水平面匀速运动,运动中的物块受到的合力是______N;若将水平拉力突然改为水平向左,大小减为3N,则此刻物块受到的合力为__________N。

分析:开始时物块匀速运动,所以物块所受合力为零。当拉力突然改为水平向左时,物块由于惯性仍然向右运动,物块所受摩擦力的方向仍然水平向左且大小不变,所以物块所受合力为7N,方向水平向左。

例3 如图7所示,物体A被传送带由低处向高处匀速输送过程中,受到的摩擦力的方向为( )

【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客

图7

A.沿传送带斜面向下

B.沿传送带斜面向上

C.不受摩擦力

D.无法确定

分析:同学们往往以为摩擦力一定是阻力,而阻力肯定是阻碍物体运动的力。本题中把A相对于地面的运动当作了相对于传送带表面的运动,从而认为物体A斜向上运动,则它受到的摩擦力必沿传送带斜面向下,故错选A。

解:物体A斜向上的运动过程中,它相对于传送带是静止的,由于传送带倾斜,使得物体A具有沿传送带斜向下运动的趋势,根据摩擦力方向的规定,可知应选B。从另一角度来说,物体A被倾斜的传送带由低向高输送,说明物体A必受到一个倾斜向上的摩擦力,而使其随传送带由低向高运动,此时,摩擦力的方向与物体的实际运动方向一致。应选B。

例4 如图8所示,在一条水平的传送带上放着一个物体A,物体A随着传送带一起向右做匀速运动,则此时物体A受到传送带对它的摩擦力为( )

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图8

A.水平向右

B.水平向左

C.不受摩擦力

D.受到静摩擦力

分析:许多同学容易把物体A随传送带向右运动当作是物体A在传送带上向右滑动而误选B;还有人认为物体A相对于传送带表面的相对位置没有改变,误认为物体运动必受到一个静摩擦力的作用,故错选D。

解:应用平衡力知识来分析。如果物体A与传送带之间存在摩擦力,那么这个力必在水平方向上,或水平向右,或水平向左。由于物体A做匀速运动,如果受到一个向右(或向左)的摩擦力,则必有一个向左(或向右)的力与之平衡。显然题中并不存在这样一个力,故物体A与传送带之间不存在摩擦力,物体A的运动是由于物体具有惯性。故应选C。

三、摩擦力随拉力的增大而增大

例1 木块重20N,在3N水平向右的拉力作用下,沿水平桌面做匀速直线运动,木块受到的摩擦力为_______ N;当水平拉力增大为5N时,木块受到的摩擦力为________N。

分析当拉力为3N时,木块做匀速直线运动,由力的平衡知识,滑动摩擦力的大小也为3N,方向水平向左。

当拉力增大为5N时,由于支持力大小、接触面均不变,故滑动摩擦力的大小、方向均不变。当然此时木块不能再匀速运动了。

例2 重为100N的木箱放在水平地面上,用5N的水平力推,木箱不动,此时木箱所受摩擦阻力为____________;改用8N的水平力推,木箱仍不动,此时木箱所受摩擦阻力为___________。

分析:在题述的两种情况中,木箱均静止,由力的平衡知识,应分别填“5N”、“8N”。

四、拉力大小不影响滑动摩擦力的大小

例 用同样大小的作用力F,分别以如图9所示的方式依次作用在同一木箱A上,使木箱向右运动,其中滑动摩擦力最小的是( )

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图9

A.甲图

B.乙图

C.丙图

D.摩擦力都相同

分析:滑动摩擦力的大小由压力的大小和接触面的粗糙程度决定。当给物体施加拉力时,有时会改变接触面之间压力的大小,这将导致滑动摩擦力的大小改变。图9中,由于拉力的作用,乙图的压力最大,丙图的压力最小,故丙图的摩擦力最小,选(C)。

五、摩擦力是运动物体的阻力

造成这种错误认识的根本原因在于把“阻碍物体的相对运动”与“阻碍物体的运动”相混淆了。从力的作用效果上看,摩擦力总是阻碍物体的相对运动,但它可以成为动力也可以成为阻力,视具体情况而定。比如前面谈到的人拉着小车在水平公路上行驶时,小车受到的摩擦力是阻力,它阻碍了小车向前运动;但传送带上的货物却正是在摩擦力的作用下,才由低处被运输到高处的,是动力,同时这个力又阻碍了货物相对于传送带的向下滑动。

六、静止的物体不受摩擦力,运动的物体一定受摩擦力

物体是否受摩擦力,与物体处于静止状态或运动状态没有直接的关系。关键是看物体相对于与其接触的物体是否有相对运动或有相对运动的趋势。

例 如图10,放在斜面上静止的物体是否受摩擦力?

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图10

分析:放在斜面上静止的物体,在自身重力的作用下有相对于斜面下滑的趋势,所以受到斜面给它的一个沿斜面向上的摩擦力。假定物体不受摩擦力,物体必然在重力的作用下沿斜面向下运动,而不再处于静止状态。

七、力越大,摩擦力越大

例 小李手握住一个瓶口朝上的瓶子保持竖直方向静止在空中,而且不断增大手的握力。他说,根据在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,摩擦力越大,得出:瓶子受到的摩擦力变大。

分析:错误的原因在于,对滑动摩擦力和静摩擦力大小的决定因素理解不清。由于瓶子与手之间是静摩擦。且瓶子静止在空中,瓶子处于平衡状态,应受平衡力作用,所以在竖直方向除受重力之外还受一个竖直向上的摩擦力作用,且摩擦力的大小与重力大小相等,由于瓶子的重力大小不变,所以尽管手的握力增大但摩擦力大小不变。

八、接触面越粗糙,摩擦力越大

例 甲、乙两辆小车,【引用】消除对摩擦力理解错误观念 - 先生 - 先生 的博客,甲在砂石路面上、乙在水泥路面上分别做匀速运动,问甲、乙两个小车哪一个受到的摩擦力大?

分析:许多人会不假思索地说:因砂石路面比水泥路面粗糙,所以甲受到的摩擦力大于乙受到的摩擦力。这是对决定摩擦力大小因素的片面理解。

解:滑动和滚动摩擦力的大小不仅跟接触面的粗糙程度有关,还跟压力大小有关,且只有压力一定时,触面越粗糙,摩擦力才越大,所以本题中无法确定甲、乙两个小车哪一个受到的摩擦力大。

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