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摩擦力方向的判斷

2023年09月01日

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  兩個相互接觸的物體,當它們要發生或已發生相對運動時,就會在接觸面上產生一種阻礙相對運動的力,這種力就叫做摩擦力。摩擦力發生在兩個相互接觸的物體之間,並且這兩個物體「要發生或已發生相對運動」,這裡的「要發生」是一種運動趨勢,物體並沒有發生相對運動,這種摩擦力叫靜摩擦力。靜摩擦力就是阻礙這種相對運動的趨勢,所以靜摩擦力的方向就與這個相對運動趨勢的方向相反;已經發生了相對運動,產生的摩擦力叫滑動摩擦力,滑動摩擦力的方向也與這個相對運動的方向相反。
  人走路的時候,腳用力向後蹬地,人腳相對地面有向後的運動趨勢,地面就阻礙人腳向後運動,所以就產生了向前的靜摩擦力,在這個靜摩擦力的作用下,人就向前運動了。當騎自行車向前運動的時候,人用力蹬車,通過鏈條傳動,驅動後輪轉動,後輪上與地面接觸的點相對地面就產生了向後滑動的趨勢,地面對後輪產生了向前的靜摩擦力,在這個摩擦力的作用下,自行車就向前運動起來了;而前輪在後輪的推動作用下也要向前運動,地面就阻礙它向前,所以就產生了向後的摩擦力。這個摩擦力也是靜摩擦力。當停止蹬車依靠慣性滑行或者人行走推行自行車時,前後輪都時被動輪,地面對它們產生的摩擦力都是向後的。由此可見:摩擦力有時候是物體運動的驅動力,有時充當了物體運動的阻力。當摩擦力充當動力時,摩擦力的方向與物體運動的方向相同;當摩擦力充當阻力時,摩擦力的方向與物體運動的方向相反。
  例1 小強同學某次鍛鍊身體時,沿豎直杆上爬,若他上爬過程中的某一段可以看作是勻速直線運動,則這段過程中( )
  A. 杆對他的摩擦力和他受到的重力是一對平衡力
  B. 他對杆的壓力和他受到的重力是一對平衡力
  C. 杆對他的摩擦力和他受到的重力合力方向豎直向下
  D. 杆對他的摩擦力和他受到的重力合力方向豎直向上
  解析:部分同學認為人向上爬杆,摩擦力阻礙人向上運動,摩擦力的方向向下,沒有從根本上理解摩擦力產生的實質,無論是人向上勻速爬杆還是沿杆勻速下滑,人握緊杆是向下用力,手相對於杆來說有一個向下運動的趨勢,由於摩擦力阻礙物體的相對運動趨勢,摩擦力的方向向上,大小等於人的重力,所以杆對人的摩擦力和人受到的重力是一對平衡力。故本題應選A.
  例2. 汽車(後輪驅動)加速運動時,前後輪所受地面的摩擦力方向為( )
  A. 前後輪均向前  B. 前輪向後,後輪前向
  C. 前輪向前,後輪向後 D. 前後輪均向後
  解析:解此題的關鍵是:分析清汽車在運動過程中前後輪相對於地面的運動趨勢,這就要求同學們弄清汽車的傳動機構及工作原理。一般汽車的發動機通過傳動機構帶動後輪工作,此時後輪轉動相對於地面之間有向後運動的趨勢,而地面與後輪之間會產生阻礙這種相對運動趨勢的摩擦力,方向向前,當後輪滾動時,由於前輪軸與車是連在一起的,軸必會受到車向前的推動作用,輪和車都有了向前運動的趨勢,所以地面對前輪的摩擦力向後。故本題應選B.
  例3. 用手握住一個瓶子,使瓶子在豎直方向處於靜止狀態,如果人的握力加倍則手對瓶子的摩擦力( )
  A. 也加倍 B. 保持不變  C. 方向向下 D. 可以為零
  解析:相當多的同學受滑動摩擦力大小與壓力大小有關,錯選了A.題中告訴我們瓶子處於靜止狀態,說明瓶子在各方向受力平衡,瓶子受重力相對於手有一個向下運動的趨勢,所以手對瓶子摩擦力的方向向上,採用逆向思維,初狀態摩擦力方向向上大小等於重力。如果握力增大,摩擦力也增大,而向下的重力是不變的,瓶子所受的合力方向向上,合力不為零,也就不能保持靜止狀態。故本題應選B。
  類似題:如圖,某人用100N的推力將重為20N的木塊緊壓在豎直的牆壁上,那麼,木塊受到牆壁的摩擦力( )
  A. 方向向上,大小100N B. 方向向上,大小20N
  C. 方向向下,大小100N D. 方向向下,大小20N
  解析:木塊保持靜止,豎直方向上和水平方向上都受到平衡力的作用,豎直方向上的摩擦力和重力相平衡,所以摩擦力的方向向上,大小為20N,故答案為B
  作者:物理教師趙興華

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