物体受力分析中摩擦力的分析研究

李世龙

摘要：高中物理是高中理科中的基础科目之一，物理学科的知识比较贴近人们的正常生活。学习物理知识能够对生活中的基本现象进行分析和判断，比如水滴入热油锅中为什么会爆鸣、汽车轮胎上和鞋底的纹路有什么作用等等。学习物理、培养物理思想对整个自然科学的发展都有很大的促进作用。我们在学习物体受力分析该章节内容时，对“摩擦力”的产生条件和物体受力情况不是很了解。本文主要对物体受力分析中的摩擦力进行分析，加深对该知识点的理解。

关键词：物理学；物体受力分析；摩擦力

分析物体受到的摩擦力大小是解决力学问题的主要措施之一，在对物体受力分析章节的学习中，重点学习摩擦力的产生条件，判断各方向的作用力大小以及作用力方向。

一、摩擦力的产生条件

两物体间存在弹力是摩擦力存在的必要条件之一；接触面“光滑”就不会存在摩擦力，两接触面粗糙不一定存在摩擦力，存在摩擦力的条件需要两者之间具有弹力，存在相对运动或者相对运动趋势[1]。

二、摩擦力在静止物体上的受力分析

摩擦力分为静摩擦力和滚动摩擦力，静摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动的趋势方向相反，静止的物体受到的摩擦力影响取决于物体之间是否存在弹力和物体之间是否具有相对运动的趋势。静摩擦力的大小跟物体受到的外力和物体运动状态有关，在计算静摩擦力的大小时可以利用平衡条件或者牛顿定律求解。滑动摩擦力通常使用f=？FN求解，滑动摩擦力不可以用f表示，因为它用来表示另外的物理量。动摩擦因数跟接触面的情况有关和运动情况没有关系。公式中的FN，不一定等于物体的重力。

例1：

静摩擦力分析：

A物体：A与B物体之间存在弹力，A物体在F的作用下具有向F方向运动的趋势。B物体对A物体与F相反方向的静摩擦力fAB。

B物体：B物体具备了静摩擦力存在的条件，受到A物体对B物体的静摩擦力fAB，它与fBA方向相反。B物体在作用fAB下会产生此方向的运动趋势，会受到地面对物体的静摩擦力f地，f地与fAB方向相反。产生静摩擦力的两个条件是：静止的物体之间存在弹力；物体之间存在相对运动的趋势[2]。

例2：

甲乙两同学体重相等，一次体育课上，甲同学以速度0.2m/s沿竖直的竹竿匀速往上爬，乙同学以速度0.3m/s的速度沿竖直的绳子往上爬，甲同学受到的摩擦力比乙同学受到的摩擦力（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

分析：一般在我们做题的时候，通常会认为绳子的表面要比竹竿表面粗糙，所以觉得爬绳子的乙同学受到的摩擦力比爬竹竿的的摩擦力大一些。实际上两位同学都是匀速往上爬的，人在竖直方向上受到的平衡力和摩擦力大小等于自身的重力大小。这两位同学的体重相同，受到的摩擦力大小自然相等。竹竿的表面没有绳子的表面粗糙，要产生同样的摩擦力，对竹竿的压力要更大些，即甲同学爬竹竿时手握竹竿要紧些。

三、受力分析

物体的受力情况决定了物体的运动状态，分析物体受到周围其它物体的作用。在画摩擦力图的过程中可以先看研究对象跟周围其它物体有几个接触点先对某个接触点的分析，如果存在挤压，就画出弹力。如果还有相对运动或者相对运动的趋势，就画出摩擦力。使用“假设法”，假设接触面光滑，观察相对静止的物体间能发生怎样的相对运动。如果发生了相对运动，那么相对运动的方向就是原来静止时两物体间的相对运动方向运动趋势的方向。如果不发生，那么物体间没有相对运动趋势。

1）受力分析的步骤：

①明确研究对象——确定受力物体。

②隔离物体分析——将研究的对象在周围物体中隔离出来，分析周围对它施加的压力。

③画出受力图——我们可以邊分析边将力画在受力图上，然后标出各个力的的方向。

④分析受力顺序——先重力、后弹力、再摩擦力，然后分析各个方向的作用力。

2）受力分析的判断依据

①条件：根据力的产生条件判断物体是否受到某个力的作用。

②效果：根据力的作用效果判断物体有没有受到某个力的作用。

③相互作用：力的作用具有相互性，根据这种相互性判断物体有没有受到某个力的作用。（如图2所示）

四、在物体受力分析摩擦力学习中的问题

在日常学习中我们对摩擦力的认识不够明确，常常产生各种问题：物体静止或者均速运动时受到的摩擦力等于物体的重力吗？物体摩擦力与物理受到的正压力有关，那么压力变大，摩擦力会不会也变大？身边很多同学都出现了各种各样的问题，大家对物体产生摩擦力的条件和方向不是很清晰。一些同学在对最大静摩擦力的理解上存在误区，其实，最大摩擦力不是物体实际受到的静摩擦力，物体实际受到的静摩擦力小于最大静摩擦力。一般在做题时为了方便可以将最大静摩擦力按照等似的滑动摩擦力处理[3]。如图3所示，物体被传送带由低处向高处匀速输送过程中，相对于传送带是静止的，我们常常认为物体相对运动方向等同于物体运动方向，认为摩擦力方向向下，产生“摩擦力的方向和运动方向相反，是阻碍物体的力，一定做负功”错误的认识。其实，由于传送带倾斜，使物体具有沿传送带斜向下运动的趋势，静摩擦力方向斜向上，与运动方向一致，是动力，都做正功。

物理公式是定量描述物理规律或定量表示物理概念的数学语言，物理公式是对物理概念和物理规律的抽象表达和高度概括。应用物理公式解决物理问题，必须掌握它的物理意义、适用范围、使用条件，如果简单的从数学的角度去分析问题，胡乱套用公式就会得出错误结论。学习摩擦力时，将滑动摩擦力的公式带入到静摩擦力的分析计算中，就会得到“静摩擦力大小与压力大小有关”的错误结论。

结语：

在学习摩擦力的过程中，抽象的物理概念和公式增加了学习的难度。在学习摩擦力时，应该对摩擦力产生的条件和摩擦力公式进行研究，掌握基础概念之后在做练习题，加深印象。“受力分析”在高中物理教学内容中占了很大的比重，我们应该认真学习这方面的内容，不光为了提高自己的学习成绩，更为了能够更好的将物理知识运用解决实际问题中。

参考文献：

[1]孙如心.谈物体受力分析中摩擦力的分析[J].才智，2011，（21）：162.

[2]王秀丽.浅谈摩擦力[J].考试周刊，2015，（A4）：137.

[3]李东贤.浅谈物理斜面问题的求解策略[J].高中数理化，2012，（22）：42-43