摩擦力選取研究對象方法

『壹』 關於摩擦力的物理研究性學習怎麼做

定義和解釋：
兩個互相作用的物體，當它們發生相對運動或有相對運動趨勢時，沿接觸面切線方向有阻礙相對滑動的作用，這種現象稱為摩擦；這種阻礙相對運動的作用力稱為摩擦力。 摩擦力是電磁力的一種表現形式。
產生機理：
1。相互作用產生形變； 2。物體微觀凸凹表面產生相互機械嚙合； 3。產生分子粘結現象。 抵抗嚙合部分的相互犁削及粘結結點的剪切作用即稱作摩擦力，它是電磁力作用。 靜摩擦力------在外力作用下如只具有相對滑動趨勢，而又未發生相對滑動時，則這種阻礙作用叫靜摩擦，這種阻礙作用力叫做「靜摩擦力」。靜摩擦力不是一個定值，它隨外力而變，使物體由靜止變為運動的臨界值稱為最大靜摩擦力。靜摩擦力可以是零和最大靜摩擦力之間的任一數值，即0<F≤F(max)。 滑動摩擦力------當一個物體跟另一個物體發生相對滑動時,在它們的接觸面上產生的摩擦力叫做滑動摩擦力。
滾動時的摩擦作用
力偶（力矩）和力都能使物體滾動,但它們對瞬心有平動作用。滾動時的摩擦作用就是這種平動作用引起的反作用. 它和具有滑動趨勢時的磨擦作用是一樣的,也是靜摩擦力。這個靜摩擦力（F）的大小對物體的滾動有很大影響。以往的討論都是假定F大於動力（P或Pm）的條件下進行的，當F小於P（或Pm）時，物體將產生滑動或轉動，這類事實在我們日常生活中是常見的。例如，若腳下很滑（即摩擦作用小），人行走就會很吃力；汽車若在帶冰的路上行駛會出現『打滑』。它們都說明摩擦對滾動運動有很大影響。也就是說，對滾動來講, 摩擦作用是穩定瞬心,使之不產生位移的必要條件。摩擦作用越大，瞬心穩定性越強；沒有摩擦作用就不能產生滾動。
[編輯本段]說明：
1。目前，普遍認為滾動時的摩擦是一種阻礙滾動的阻力，這種認識是不正確的。阻礙滾動的阻力是物重對滾動瞬心的矩。如下圖所示，滾動阻力是[G·e]，摩擦力F只起穩定瞬心的作用，不是阻礙滾動的阻力。 由物體重力引起的滑動阻礙作用和滾動阻礙作用大小的比較來看.多數場合滾動阻礙作用要顯得大些, 但圓形體的滾動阻礙作用卻很小。這是因為圓形體特有的幾何形狀所造成的。通常我們講的滾動多是指圓形體的滾動。下邊我們看一下圓形體的滾阻力矩： 如果增加正方體的棱邊我們會發現 ，e 隨著棱邊個數 n 的增加而減小，從而導致 G·e 值減小。當 n 趨於無窮大時,這個正多棱體趨於圓。力矩 G·e 變得很小，這個滾動阻力要比該狀態下的滑動摩擦阻礙作用小得多。因此，人們常用滾動代替滑動。這樣，不僅減小了運動阻力，還改變了摩擦的阻力作用，使之變為滾動的輔力。 2。形變影響物體間的實際接觸狀態，使機械嚙合作用和分子粘結作用增強，從而使摩擦作用提高；而且隨著運動的發生，物體形變部位的變換，即動態形變也會消耗一部分能量而顯示出阻力性；有些變形較大的物體還會產生明顯的形位阻力。例如，火車行駛需要鋪鐵軌；滑雪板要有一定長度且前端要翹起等都是為了克服較大形變的影響。至於具有一定剛度物體的形變對磨擦及運動影響的探討，不屬於通用學術范圍，這里不加論述。 摩擦力的方向------與滑動方向相反或與外力作用方向相反 摩擦作用是因外力作用引起的，因此，要根據外力作用的方式來判別： 一。滑動或有滑動趨勢時的摩擦力方向--------與滑動方向相反或與外力作用方向相反。 二。滾動時的摩擦力-------- 1。以轉動中心為平衡中心來判別時，外力作用線通過轉動中心時摩擦力 的方向與滾動方向相反；外力作用為力矩或力偶時摩擦力的方向與滾動方向相同。 2。以滾動瞬心為平衡中心來判別時，外力作用為力矩時摩擦力的方向與滾動方向相反；外力作用為力偶時摩擦力的方向與滾動方向相同。 3。滾動是平動和轉動的復合運動，因此，按復合方式來判別時，由平動作用引起的摩擦力的方向與滾動方向相反；由轉動作用引起的摩擦力的方向與滾動方向相同。 註： 1。上述判別可以逆向應用。 2。滾動時的摩擦力方向是以滾動體系整體為參照的表觀顯示。實質上，它是滾動體圓周力（力偶矩）的反作用力。它的方向應按時針法來判定。即，它是滾動體的轉動阻力。對滾動體而言，方向與轉動方向或圓周力（力偶矩）方向相反。例如在計算自行車摩擦阻力時，前、後輪摩擦力的正負號是一致的。這一點要特別注意。
[編輯本段]滑動摩擦定律
定義 一個物體在另一個物體表面上滑動所受的阻礙物體間相對運動的力叫滑動摩擦 臨界摩擦力的大小F與接觸面的正壓力（即法向反力N）成正比： F=μ·N μ是滑動摩擦系數，與材料材質、粗糙程度、剛度等因素有關，與物體的表觀接觸面積無關. 1。材質不同，摩擦因數也不同； 2。材料越粗糙，剛度越小，摩擦因數越大。 靜摩擦力的大小等於引起靜摩擦作用的外力。 滾動時靜摩擦系數 μ=e/r。式中 e 為滾阻力臂，r 為圓體半徑。
[編輯本段]摩擦角與自鎖
全反力----摩擦力F與法向反力N 的合力稱為全反力（R）。 摩擦角----全反力R與法向反力N 夾角的最大值稱為摩擦角。摩擦角的正切等於摩擦系數。 從圖中可以看出，當重力G在α角內時，無論G為何值，產生的分力GX始終小於 該狀態下的最大靜摩擦力，物體始終能保持靜止狀態------這種現象稱作自穩；工程上稱作自鎖。例如螺旋千金頂就是利用這一原理設計的。
[編輯本段]生活中的摩擦力
在日常生活中我們能經常接觸到摩擦力。例如，拿在手中的瓶子、毛筆不會滑落，就是靜摩擦力作用的結果；在生產技術中的應用也很多。例如，皮帶運輸機就是靠貨物和傳送皮帶之間的靜摩擦力來傳遞貨物的。下邊說一下兩個常見的物理現象：
1。人的行走
人的行走相當於多邊形體的滾動，步幅的一半相當於滾阻力臂。 人的行走與人坐在輪椅運動類似，輪緣相當於多邊形的邊，胯關節相當於輪軸，腿相當於輪輻，腳相當於多邊形邊的端點。不過，各輪只有一個（真的）輪輻。但，只要速度適當地話，兩腳交替著地，還是可以演繹出多輪輻效果。 問題是，兩腿上下輪轉是很費力的。因此，設計者改從下邊前移，但因腿輻僵直，無法從下邊通過。為此作出膝關節和踝關節，從而顯現出現在人行走的樣子。 人行走的動力是人的意志施加於腳掌的有機力矩，胯關節為力矩矩心；腳掌為滾動瞬心。阻力是人體體重與步幅一半的乘積。不難看出，使胯關節和腳掌連線與地面垂直或使身體前傾，可以減小阻力或變阻力為動力。尤其是奔跑時，顯得尤為明顯。 腳掌與地面在圓周力作用下會產生摩擦，它是由體重作用引起的。可以知道，沒有摩擦，寸步難行。 根據摩擦力的方向可以判定， 人的行走是轉動（力矩）效應引起的滾動。顯然，被人推著走時摩擦力的方向向後，是平動效應引起的滾動。
2。自行車的運動
自行車後輪是通過鏈條傳遞的轉動力矩產生的滾動，該作用力又叫牽引力．自行車後輪是由轉動作用引起的滾動，與地面接觸點的作用力方向向後（與滾動方向相反)．因此，靜磨擦力的方向與滾動方向相同；前輪是通過前軸傳遞的平動作用力產生的滾動，其與地面接觸點的作用力方向向前．因此，靜磨擦力的方向向後． 當不蹬車的時候，因慣性作用，倆輪仍保持原來的運動狀態，摩擦作用方式不變。例如：將後輪離開地面，搖動腳蹬，使後輪旋轉，再使其與地面接觸，自行車會向前運動。（這個運動就相當於慣性滾動）.你會發現，輪下的灰塵或小沙粒被拋向後，即輪對地面有一個向後的作用力。因此，地面對輪的作用力（磨擦力）方向仍向前。 剎車時，主動輪（後輪）因阻力矩作用增大而減速，但摩擦作用方式沒有變；不過，若主動輪處在包死狀態，由於慣性使自行車繼續運動時，主動輪與地面的摩擦屬滑動摩擦，前輪仍是靜摩擦。
[編輯本段]關於摩擦力的做法
1.怎樣分析和計算摩擦力
在計算摩擦力大小之前，必須首先分析物體的運動情況，判明是靜摩擦力還是滑動摩擦力。如果是滑動摩擦力，可用公式 f =μN 計算，式中的μ 是摩擦系數；如果是靜摩擦力，則一般根據物體的運動情況（靜止、勻速運動、或變速運動），利用平衡條件或運動定律列方程求解。 判定滑動摩擦力的方向一定要把握「滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反」這一判定依據。具體做法是：先選擇受摩擦力的物體為研究對象，再以與這個研究對象直接接觸的物體為參照物，找出研究對象相對於參照物的速度方向，那麼，滑動摩擦力的方向就與該相對速度的方向相反。 判斷靜摩擦力方向的依據是：「靜摩擦力的方向總是跟接觸面相切，且跟物體相對運動趨勢的方向相反」。具體做法是：首先選擇受靜摩擦力的物體為研究對象，再選與這個研究對象相接觸的物體為參照物，然後假設接觸面光滑，來判斷研究對象相對參照物的速度方向，即相對運動趨勢方向。那麼，靜摩擦力的方向就與相對運動趨勢的方向相反。
2.如何正確判斷摩擦力的方向
摩擦力是阻礙物體相對運動的力，有些同學就把理解摩擦力的方向為與物體運動的方向相反，其實是不對的，嚴格地講，摩擦力的方向是和物體相對運動趨勢的方向相反。

『貳』 物理受力分析的技巧

對物體進行受力分析是解決力學問題的基礎，是研究力學問題的重要方法．受力分析的程序是：
1．根據題意選取研究的對象．選取研究對象的原則是要使對問題的研究盡量簡便．研究對象可以是單個物體或物體的某一部分，也可以是由幾個物體組成的系統．
2．把研究對象從周圍的物體中隔離出來．為防止漏掉某個力，要養成按一般步驟分析的好習慣．一般應先分析重力；然後環繞物體一周，找出跟研究對象接觸的物體，並逐個分析這些物體對研究對象的彈力和摩擦力；最後再分析其他場力（電場力、磁場力等）．
3．每分析一個力，都要想一想它的施力物體是誰，這樣可以避免分析出某些不存在的力．如豎直上拋的物體並不受向上的推力，而剎車後靠慣性滑行的汽車也不受向前的「沖力」．
4．畫完受力圖後要進行定性檢驗，看一看根據你畫的受力圖，物體能否處於題目中所給的運動狀態．
5．對物體受力分析時應注意以下幾點：（1）不要把研究對象所受的力與它對其他物體的作用力相混淆．（2）對於作用在物體上的每一個力，都必須明確它的來源，不能無中生有．（3）分析的是物體受到哪些「性質力」（按性質分類的力），不要把「效果力」與「性質力」混淆重復分析．例如，有人認為在豎直面內做圓周運動的物體運動至最高點時受三個力的作用：重力、繩的拉力和向心力．實際上這個向心力是重力與繩拉力的合力，是「效果力」，不屬於單獨某一性質的力，不能重復分析．

『叄』 求摩擦力的幾種方法

判斷摩擦力方向的幾種方法
1．判斷靜摩擦力方向的四種方法
（1）由相對滑動趨勢直接判斷 因為靜摩擦力的方向跟物體相對滑動趨勢的方向相反，如果我們所研究的問題中，物體相對滑動的趨勢很明顯，就可以由相對滑動趨勢直接判斷．這是判斷靜摩擦力方向的基本方法。
（2）用假設法判斷 所謂假設法就是先假設接觸面光滑，以確定兩物體的相對滑動趨勢的方向，從而確定靜摩擦力的方向。
(3)由運動狀態判斷 有些靜摩擦力的方向與物體的運動狀態緊密相關，可以由物體的運動狀態來判斷物體所受靜 摩擦力的方向
(4)用牛頓第三定律判斷 由以上三種方法先確定受力比較簡單的物體所受靜摩擦力方向，再由牛頓第三定律確定另一物體所受靜摩擦力方向．
2．滑動摩擦力的方向可由相對運動方向確定或牛頓第二定律確定

關於摩擦力理解的「7 個」誤區
1．認為「摩擦力一定和物體運動方向相反」 滑動摩擦力方向與相對運動方向相反，靜摩擦力方向與相對運動趨勢方向相反，而不一定與物體的實際運動方向相反。
2．認為「靜止的物體只能受到靜摩擦力，運動物體只能受到滑動摩擦力」 摩擦力發生在相互接觸並擠壓的兩個接觸表面不光滑的物體之間．如果該物體之間存在相對運動，則有相互的滑動摩擦力；如果這兩個物體相對靜止，並存在相對運動趨勢，則物體間有相互的靜摩擦力．
3．認為「 f =uF中的 F 就等於物體所受的重力」 壓力是根據作用效果命名的一種力，其方向總與接觸面垂直並指向受力物體，即屬於彈力．重力方向始終是豎直向下的。一般情況下兩者不會相等，只有一些特殊情況時才會相等．
4．認為「摩擦力總是阻力」 摩擦力的作用效果是阻礙物體問的相對運動(滑動摩擦力)或阻礙物體問的相對運動趨勢(靜摩擦力)，但不一定阻礙物體間的實際運動．摩擦力可以是阻力，也可以是動力．
5．認為「壓力越大，摩擦力越大」 由公式 f =uF 可知，滑動摩擦力與壓力成正比，壓力越大，滑動摩擦力越大；最大靜摩擦力也與壓力成正比但靜摩擦力的大小應根據物體的實際運動狀態利用平衡條件或牛頓運動定律來確定。
6．認為「一個物體在一個接觸面上可以同時受幾個摩擦力的作用」 相互接觸的兩個物體問有相對運動或相對運動趨勢時，在接觸面上產生阻礙相對運動的摩擦力，方向與物體的相對運動或相對運動趨勢方向相反，即針對具體的物理問題，摩擦力是唯一的。
7．認為「摩擦力是不變的」 摩擦力產生於兩個相互接觸、有彈力且存在相對運動或相對運動趨勢的物體之間，當兩物體間彈力大小改變，會引起摩擦力大小改變，甚至引起摩擦力「有無」的改變；當外力改變時，物體間相對運動或相對運動趨勢方向發生變化，還會引起摩擦力的方向改變。

『肆』 受力分析的步驟

受力分析的一般步驟如下：
（1）選取研究對象：即確定受力分析的物體。研究對象可以是單個的物體，也可以是物體的系統組合。

（2）隔離物體分析：將研究對象從周圍困胡謹的物體中隔離出來，進而分析物體受到的重力、彈力、摩擦力、電場力、磁場力等，檢查周圍有哪些物體對它施加了力的作用。

力分析的定義：把指定物體（研究對象）在特定物理情景中所受的所有外力找出來，並畫出受力圖，這就是受力分析。

受力分析的一般順序：先分析場力（重力、電場力、磁場力），再分析接觸力（彈力、摩擦力），最後分析其他力。

『伍』 靜摩擦的分析方法

1. 條件法
根據靜摩擦力產生的條件來判斷。這是分析靜摩擦力最直接、最基本的方法。
例1. 如圖1，在粗糙水平面上有一個三角形木塊，在它的兩個粗糙斜面上分別放有兩上質量為m1和m2的小木塊，m1>m2。已知三角形木塊和兩個小木塊都是靜止的，試分析粗糙水平面對三角形木塊的摩擦力。
分析 三角形木塊和兩個小木塊都靜止，則可將三者看成一個整體，如圖2。整體在豎直方向受到重力和水平面的支持力作用，合力為零；在水平方向沒有受到其它力的作用，沒有相對於水平面運動的趨勢，因此粗糙水平面對三角形木塊沒有靜摩擦力。
2.假設法
假設不存在靜摩擦力，分析物體將會發生怎樣的相對運動，從而確定靜摩擦力的作用效果。
例2. 如圖3，桿AB靜止地靠在直角牆上，牆的豎直部分光滑，水平部分粗糙，試分析桿受到的靜摩擦力。
分析 假設桿沒有受到靜摩擦力，那麼桿的B端將會向右滑動，說明桿的B端受到水平向左的靜摩擦力作用，阻礙桿相對地面向右運動的趨勢。3. 平衡法
根據物體處於平衡狀態的條件來分析。
（1）利用共點力平衡條件：F合=0
例3. 如圖4，質量為m的物塊放在傾角為α的固定斜面上，物塊與斜面間的動摩擦因數為，物塊在一沿斜面向上的外力F作用下處於靜止狀態，求物塊和斜面間的摩擦力f。
分析 如圖5，物塊受到重力G、斜面的支持力N和外力F的作用。若物塊與斜面間有摩擦力，則為靜摩擦力。要確定物塊相對於斜面的運動趨勢，應先確定外力F與重力沿斜面的分力mgsinα的大小關系。由於F大小未知，利用共點力平衡條件討論如下：
①若F=mgsinα，物塊與斜面間沒有相對運動趨勢，所以物塊和斜面間沒有摩擦力。
②若F>mgsinα，物塊相對於斜面有向上的運動趨勢，斜面對物塊的靜摩擦力方向沿斜面向下，並且有F=mgsinα+f，即
f=F－mgsinα
③若F<mgsinα，物塊相對於斜面有向下的運動趨勢，斜面對物塊的靜摩擦力方向沿斜面向上，並且有F+f=mgsinα，即
f=mgsinα－F。
（2）利用力矩平衡條件：M合=0
例4. 如圖6，不可伸長的輕繩將一個均勻的、重為G的球懸於豎直牆上的A點，球靜止，繩系在球上的C點。試分析球與豎直牆面間的靜摩擦力方向。
分析 分析球的受力如圖7。以球心為支點，合力矩為零。其中，重力G和支持力N均過球心，力矩為零，所以，靜摩擦力的力矩與繩子拉力的力矩大小相等、方向相反，因此B處的靜摩擦力方向一定豎直向上，產生逆時針方向力矩，與繩的拉力T產生的順時針力矩平衡。
4. 利用牛頓第二定律分析
例5. 如圖8，A、B兩物體疊放在固定的光滑斜面上共同下滑，求B受到的靜摩擦力。
分析 先以A、B整體為研究對象，因為斜面光滑，所以A、B共同下滑的加速度a=gsinθ。
再以物體B為研究對象，它的加速度也為a。如圖9，將a沿水平方向和豎直方向分解為ax、ay。分析B的受力，由牛頓第二定律可知，重力與支持力的合力產生了豎直方向的加速度ay，而水平方向的加速度ax應由水平向左的靜摩擦力產生，所以
方向向左。
5. 利用牛頓第三定律分析
例6. 如圖10，在力F的作用下，質量均為m的A、B兩物體均靜止，試分析A受到的靜摩擦力。
分析 直接隔離A很難分析其受力情況。可先隔離B，如圖11，可知A對B的靜摩擦力和B的重力是一對平衡力，即A對B的靜摩擦力fAB=mg，方向豎直向上。根據牛頓第三定律得，B對A的靜摩擦力fBA=mg，方向豎直向下，由於A處於平衡狀態，由平衡條件可知，A還受到牆對它的靜摩擦力F=2mg，方向豎直向上。
小結靜摩擦力的分析方法多且活，要根據具體問題的特點選擇適當的方法。以上方法的運用往往不是獨立的，要注意聯系和有機結合。