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1、静摩擦力方向的判断中图分类号：G718文献标识码:B文章编号：1672-1578 （2015） 07-0340-01如何判断静摩擦力的方向，在高中物理教学中始终是一个难点。 往往到了最后总复习的时候，有些同学还是对此类问题感到头痛，不 知道如何入手。尤其是对相对运动趋势的方向不好理解。通过几年 来的教学尝试，我总结出了一些判断静摩擦力方向的方法。通过运用 这些方法，在教学中取得了较好的效果。1 .利用物体平衡条件在物体处于平衡态（不涉及转动）时，可以利用物体的平衡条件 来判断静摩擦力的方向。例如：静止在桌面上的物体，受到水平方向 的拉力F作用，但仍保持静止，可知桌面对木块的静摩擦力的方向是 与
2、F大小相等，方向相反的。再如下面一题：物体在水平推力F的作 用下，静止在斜面上，物体是否受到斜面的静摩擦力，其方向如何？ （图 1-1）我们对物体进行受力分析，如图1-2所示，先不考虑摩擦力。在 y轴的方向上应有Fy=0即有Fy + Gy二厂，在x轴方向上也应有 Fx=0,这样才能保证物体所受的合外力为零，从而保持静止状态。 由Fx和Gx的关系，即可判断出静摩擦力的情况。若Fx=Gx时，则可 知f静不存在（即F =Gtan。时）。当FxGx时，应有Fx=Gx+f静，此时静摩擦力沿斜面向下。总之，凡涉及到物体处于平衡状态的问题时，我们就可以尝试利 用物体的平衡条件来判断静摩擦力的有无及其方向。若
3、物体不处于平 衡状态，而是在做变速运动，则可试着利用第二种方法：利用牛顿第 二定律。2 .运用牛顿第二定律如果物体在外力的作用下做变速运动，则可尝试利用牛顿第二定 律来判断静摩擦力的方向。如下面一个问题：一个木块放在水平圆盘 上，随圆盘一起绕轴NN/匀速转动（图2-1）,木块是否受到静摩擦力， 方向如何？分析：木块在竖直方向上受力平衡，在水平面上做匀速圆周运动, 因此，它的加速度方向是指向圆心0点的，而水平方向上木块受到的 力只能是圆盘施加给它的静摩擦力（物体与圆盘相对静止），因此木 块受到静摩擦力，其方向指向圆心，大小为f=m2r （r为物体质 心到圆心0点的距离）。再如下题：小车在水平拉力
4、F的作用下做匀减速运动，车上的木 块与车保持相对静止，木块受静摩擦力的情况如何？（如图2-2）分析：木块与小车相对静止，因此具有相同的速度和相同的加速 度。小车做匀减速运动，加速度方向是向左的，因此木块加速度的方 向也是向左的，如图2-3所示。由牛顿第二定律可知，木块在水平方 向上受的合外力方向是向左的，而木块在水平方向只会受静摩擦力f 的作用，即木块受到方向向左的静摩擦力作用，大小为f=Fx = ma（m为木块的质量）。3 .利用牛顿第三定律有时候问题中涉及的物体不止一个，受到的摩擦力也不止一个, 情况较为复杂。这种情况下，可以尝试结合牛顿第三定律来判断静摩 擦力的方向。如下面一题：物体A、
5、B叠放在水平面上，当水平拉力 F作用在B物体上时，A、B共同做匀加速运动，A、B保持相对静止 （如图3-1）,试分析两物体所受摩擦力的情况。分析：我们先根据第二种方法（利用牛顿第二定律）判断A受到 B的作用力的情况是如图3-2所示，这个力f就是让A物体产生加速 度的动力，因为A与B相对静止，所以f是静摩擦力。然后根据牛顿 第三定律可知，B 一定受到A的反作用力，也就是静摩擦力f/,其 方向与f相反，大小与f相等，如图3-3所示。4 .判断相对运动趋势的方向有些问题用以上几种方法都不太方便，此时，我们必须回到静摩 擦力产生的根本原因：物体间存在相对运动趋势。利用相对运动趋 势的方向来判断静摩擦力
6、的方向。例如判断自行车的车轮受地面摩 擦力的情况。一辆加速前进的自行车，其前轮和后轮受到地面的摩擦 力情况如何（设车轮不打滑）？这个问题用前面讲到的三种方法都不 好解决，只好用判断相对运动趋势方向的方法。对于相对运动的方 向，学生们一般都能判断出来，但相对运动趋势的方向，学生们往 往觉得无从下手。我们可以用假设摩擦力消失的方法来判断这个趋 势的方向。分析：如以上的问题，我们可以先假设前轮与地面间的摩擦力消 失，这样得出的结果是：前轮将不会转动，而是向前滑动，此时车轮 与地面接触部分的运动方向是向前的（如图4-1所示），但车轮实际 上并没有向前滑动，也就是说，车轮只是有向前滑动的趋势，所以 它受
7、到的静摩擦力的方向是向后的。我们再来判断后轮受到静摩擦力的方向。先假设后轮与地面间的 摩擦力消失，这样得出的结果是后轮不再向前滚动，而是在链条力偶 矩的作用下在原地转动、打滑（如图4-2所示），后轮与地面接触部 分的运动方向会是向后的（图4-2）o实际上后轮并没有打滑，即此 部分有向后运动的趋势，所以后轮受到地面的静摩擦力方向是向前 的（图4-2）o各种车辆的轮与地面间静摩擦力的问题均可尝试用以 上方法来分析。用假设摩擦力消失的办法来判断物体相对运动趋势的方向，既方 便又可靠，而且学生也很好理解。另外，在教学中采用这种方法，还 可以使学生更加容易理解静摩擦力的产生原因。经过我在教学中的尝 试，取得了较好的效果。以上这几种判断静摩擦力方向的方法，我运用于教学实践中，取得了不错的效果。当然，遇到复杂的动力学问题，有时还需将这几种 方法综合起来使用，效果会更好。