在教材中,也仅仅只有抽象的一句话:摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反,至于如何理解和应用,学生也摸不着头脑。
其实要克服这个难点,只要掌握几个关键步骤,就迎刃而解了。
1、滑动摩擦力的方向判断
要判断滑动摩擦力的方向,就先得区分运动方向和相对运动方向这两个概念。
物体的运动方向是相对于地面而言的,而物体的相对运动方向是相对于和它接触的物体而言的。清楚了这两个概念,对我们的判断就更加清晰了。
错解:看到“静止”两字,认为物体受到的摩擦力与拉力F是一对平衡力,摩擦力的方向与拉力F相反,水平向左;摩擦力大小等于F,即6N。
错解分析:没有分析清楚摩擦力的方向与什么相反。
根据以上分析,我们欲判断滑动摩擦力的方向,应该明确以下几个方面:
1、找出摩擦力的施力物体(上图中的小车)。
2、选择此施力物体为参照物。
3、判断受力物体的相对运动方向(以小车为参照物,A相对小车向左运动)。
4、用“相反”确定摩擦力的方向(A受到的摩擦力方向向右)。
正确解答:A与小车之间存在相对运动,小车向右,则A相对小车向左,A受到摩擦力与相对运动方向相反,向右,则与拉力F方向相同,摩擦力与拉力F不是平衡力,两者的大小不存在关系。
物体A保持静止,是与地面之间保持静止,则物体受到的合力为零,所以,A在水平方向受到了平衡力,经分析,A在水平方向一共受到两个力,摩擦力和弹簧测力计对A的拉力。所以,这两个是平衡力,A受到的摩擦力=弹簧测力计的拉大大小,即4N。弹簧测力计的拉力方向向左,摩擦力方向向右。
【小结】物体受到的摩擦力的方向的判断是分析摩擦力的关键,摩擦力方向的判断的方法一般有两种:一是与相对运动方向 相反;一是通过平衡力分析,判断出摩擦力的方向。
【易错打醒】明确受力物体相对施力物体的相对运动方向,而不是受力物体相对地面或其他的参考物,这点是非常重要的。因为摩擦力是发生在受力物体施力物体之间,与任何其他物体无关。这是最重要的一步,当然也是最难的一步。如上例,同学们就会在这点上常犯错误。
2、静摩擦力的方向判断
对于静摩擦力,判断的方法仍然可遵守上面的四个步骤,只是判断相对运动方向改为判断相对运动趋势方向。
1、找出静摩擦力的施力物体(接触物体)。
2、选择此施力物体为参照物。
3、判断受力物体的相对运动趋势方向。
4、用“相反”确定静摩擦力的方向。
当然,对静摩擦力,判断相对运动趋势的方向比较难,我们可以用假设法。
假设法,就是假设物体之间没有摩擦力,看物体之间将要发生的相对运动,那么这个相对运动方向也就是我们要找的相对运动趋势方向。
和滑动摩擦力一样,也可通过平衡力的分析判断出静摩擦力的方向。
【举例】如图所示,用6N的力握住1.5N的水杯静止不动,试问手和水杯间的摩擦力的方向是____ ,若将手的握力增大到8N,手与水杯之间摩擦力的大小将____ (选填“变大”、“变小”或“不变”).若将水杯总重增加到2N,水杯仍然静止不动,则手与水杯之间摩擦力的大小为____ .
【分析】静摩擦力的方向判断方法:
方法一:与相对运动趋势相反。
水杯受到摩擦力来自手,假设手与水杯没有摩擦,水杯相对手做向下运动,则水杯受的静摩擦力方向向上。
方法二:利用平衡力来分析。
瓶子静止、处于平衡状态,所以,瓶子在竖直方向上也应当受到平衡力的作用,重力的方向是竖直向下,则瓶子受到的摩擦力的方向竖直向上;摩擦力的大小等于瓶子的重力。
当手的握力增大,瓶子重力并没有改变,也意味着,始终与重力相平衡的摩擦力也没有改变。所以,手与水杯之间摩擦力的大小不变。
将水杯总重增加到2N,水杯仍然静止不动,瓶子受到的摩擦力等于瓶子和水的总重,大小为2N。
综上所述,判断摩擦力的方向,不能只根据自己的主观判断,或生活印象来判断,而应该根据分析问题的方法,抓住关键,理性分析,才能得到正确的结果。
【综合练习】如图所示,重为G的物体A放在粗糙的斜面上处于静止状态,若用一个方向始终沿斜面向上,大小从零开始逐渐增大的变力F作用在物体上,使物体从静止状态逐渐转变到沿斜面向上运动的整个过程中,对物体受到的摩擦力方向的判断,下列说法正确的是( )
- A、摩擦力方向始终沿斜面向上
B、摩擦力方向始终沿斜面向下
C、摩擦力方向先沿斜面向上,后沿斜面向下
D、摩擦力方向先沿斜面向下,后沿斜面向上
【提示】“摩擦力的方向并不是不变的” 。当外力改变时,物体间相对运动或相对运动趋势方向发生变化,就会引起摩擦力的大小和方向改变。
答案
选C;【分析】静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反。物体静止在斜面上,有相对于斜面向下运动的趋势,受到的摩擦力方向沿斜面向上。当所受拉力从零开始增大时,静摩擦力开始减小,直至为零。此后拉力继续增大,物体有沿斜面向上运动的趋势,受到的摩擦力方向沿斜面向下。当物体开始向上滑动时,受到的滑动摩擦力方向还是沿斜面向下。
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