摩擦力选取研究对象方法

‘壹’ 关于摩擦力的物理研究性学习怎么做

定义和解释：
两个互相作用的物体，当它们发生相对运动或有相对运动趋势时，沿接触面切线方向有阻碍相对滑动的作用，这种现象称为摩擦；这种阻碍相对运动的作用力称为摩擦力。 摩擦力是电磁力的一种表现形式。
产生机理：
1。相互作用产生形变； 2。物体微观凸凹表面产生相互机械啮合； 3。产生分子粘结现象。 抵抗啮合部分的相互犁削及粘结结点的剪切作用即称作摩擦力，它是电磁力作用。 静摩擦力------在外力作用下如只具有相对滑动趋势，而又未发生相对滑动时，则这种阻碍作用叫静摩擦，这种阻碍作用力叫做“静摩擦力”。静摩擦力不是一个定值，它随外力而变，使物体由静止变为运动的临界值称为最大静摩擦力。静摩擦力可以是零和最大静摩擦力之间的任一数值，即0<F≤F(max)。 滑动摩擦力------当一个物体跟另一个物体发生相对滑动时,在它们的接触面上产生的摩擦力叫做滑动摩擦力。
滚动时的摩擦作用
力偶（力矩）和力都能使物体滚动,但它们对瞬心有平动作用。滚动时的摩擦作用就是这种平动作用引起的反作用. 它和具有滑动趋势时的磨擦作用是一样的,也是静摩擦力。这个静摩擦力（F）的大小对物体的滚动有很大影响。以往的讨论都是假定F大于动力（P或Pm）的条件下进行的，当F小于P（或Pm）时，物体将产生滑动或转动，这类事实在我们日常生活中是常见的。例如，若脚下很滑（即摩擦作用小），人行走就会很吃力；汽车若在带冰的路上行驶会出现‘打滑’。它们都说明摩擦对滚动运动有很大影响。也就是说，对滚动来讲, 摩擦作用是稳定瞬心,使之不产生位移的必要条件。摩擦作用越大，瞬心稳定性越强；没有摩擦作用就不能产生滚动。
[编辑本段]说明：
1。目前，普遍认为滚动时的摩擦是一种阻碍滚动的阻力，这种认识是不正确的。阻碍滚动的阻力是物重对滚动瞬心的矩。如下图所示，滚动阻力是[G·e]，摩擦力F只起稳定瞬心的作用，不是阻碍滚动的阻力。 由物体重力引起的滑动阻碍作用和滚动阻碍作用大小的比较来看.多数场合滚动阻碍作用要显得大些, 但圆形体的滚动阻碍作用却很小。这是因为圆形体特有的几何形状所造成的。通常我们讲的滚动多是指圆形体的滚动。下边我们看一下圆形体的滚阻力矩： 如果增加正方体的棱边我们会发现 ，e 随着棱边个数 n 的增加而减小，从而导致 G·e 值减小。当 n 趋于无穷大时,这个正多棱体趋于圆。力矩 G·e 变得很小，这个滚动阻力要比该状态下的滑动摩擦阻碍作用小得多。因此，人们常用滚动代替滑动。这样，不仅减小了运动阻力，还改变了摩擦的阻力作用，使之变为滚动的辅力。 2。形变影响物体间的实际接触状态，使机械啮合作用和分子粘结作用增强，从而使摩擦作用提高；而且随着运动的发生，物体形变部位的变换，即动态形变也会消耗一部分能量而显示出阻力性；有些变形较大的物体还会产生明显的形位阻力。例如，火车行驶需要铺铁轨；滑雪板要有一定长度且前端要翘起等都是为了克服较大形变的影响。至于具有一定刚度物体的形变对磨擦及运动影响的探讨，不属于通用学术范围，这里不加论述。 摩擦力的方向------与滑动方向相反或与外力作用方向相反 摩擦作用是因外力作用引起的，因此，要根据外力作用的方式来判别： 一。滑动或有滑动趋势时的摩擦力方向--------与滑动方向相反或与外力作用方向相反。 二。滚动时的摩擦力-------- 1。以转动中心为平衡中心来判别时，外力作用线通过转动中心时摩擦力 的方向与滚动方向相反；外力作用为力矩或力偶时摩擦力的方向与滚动方向相同。 2。以滚动瞬心为平衡中心来判别时，外力作用为力矩时摩擦力的方向与滚动方向相反；外力作用为力偶时摩擦力的方向与滚动方向相同。 3。滚动是平动和转动的复合运动，因此，按复合方式来判别时，由平动作用引起的摩擦力的方向与滚动方向相反；由转动作用引起的摩擦力的方向与滚动方向相同。 注： 1。上述判别可以逆向应用。 2。滚动时的摩擦力方向是以滚动体系整体为参照的表观显示。实质上，它是滚动体圆周力（力偶矩）的反作用力。它的方向应按时针法来判定。即，它是滚动体的转动阻力。对滚动体而言，方向与转动方向或圆周力（力偶矩）方向相反。例如在计算自行车摩擦阻力时，前、后轮摩擦力的正负号是一致的。这一点要特别注意。
[编辑本段]滑动摩擦定律
定义 一个物体在另一个物体表面上滑动所受的阻碍物体间相对运动的力叫滑动摩擦 临界摩擦力的大小F与接触面的正压力（即法向反力N）成正比： F=μ·N μ是滑动摩擦系数，与材料材质、粗糙程度、刚度等因素有关，与物体的表观接触面积无关. 1。材质不同，摩擦因数也不同； 2。材料越粗糙，刚度越小，摩擦因数越大。 静摩擦力的大小等于引起静摩擦作用的外力。 滚动时静摩擦系数 μ=e/r。式中 e 为滚阻力臂，r 为圆体半径。
[编辑本段]摩擦角与自锁
全反力----摩擦力F与法向反力N 的合力称为全反力（R）。 摩擦角----全反力R与法向反力N 夹角的最大值称为摩擦角。摩擦角的正切等于摩擦系数。 从图中可以看出，当重力G在α角内时，无论G为何值，产生的分力GX始终小于 该状态下的最大静摩擦力，物体始终能保持静止状态------这种现象称作自稳；工程上称作自锁。例如螺旋千金顶就是利用这一原理设计的。
[编辑本段]生活中的摩擦力
在日常生活中我们能经常接触到摩擦力。例如，拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落，就是静摩擦力作用的结果；在生产技术中的应用也很多。例如，皮带运输机就是靠货物和传送皮带之间的静摩擦力来传递货物的。下边说一下两个常见的物理现象：
1。人的行走
人的行走相当于多边形体的滚动，步幅的一半相当于滚阻力臂。 人的行走与人坐在轮椅运动类似，轮缘相当于多边形的边，胯关节相当于轮轴，腿相当于轮辐，脚相当于多边形边的端点。不过，各轮只有一个（真的）轮辐。但，只要速度适当地话，两脚交替着地，还是可以演绎出多轮辐效果。 问题是，两腿上下轮转是很费力的。因此，设计者改从下边前移，但因腿辐僵直，无法从下边通过。为此作出膝关节和踝关节，从而显现出现在人行走的样子。 人行走的动力是人的意志施加于脚掌的有机力矩，胯关节为力矩矩心；脚掌为滚动瞬心。阻力是人体体重与步幅一半的乘积。不难看出，使胯关节和脚掌连线与地面垂直或使身体前倾，可以减小阻力或变阻力为动力。尤其是奔跑时，显得尤为明显。 脚掌与地面在圆周力作用下会产生摩擦，它是由体重作用引起的。可以知道，没有摩擦，寸步难行。 根据摩擦力的方向可以判定， 人的行走是转动（力矩）效应引起的滚动。显然，被人推着走时摩擦力的方向向后，是平动效应引起的滚动。
2。自行车的运动
自行车后轮是通过链条传递的转动力矩产生的滚动，该作用力又叫牵引力．自行车后轮是由转动作用引起的滚动，与地面接触点的作用力方向向后（与滚动方向相反)．因此，静磨擦力的方向与滚动方向相同；前轮是通过前轴传递的平动作用力产生的滚动，其与地面接触点的作用力方向向前．因此，静磨擦力的方向向后． 当不蹬车的时候，因惯性作用，俩轮仍保持原来的运动状态，摩擦作用方式不变。例如：将后轮离开地面，摇动脚蹬，使后轮旋转，再使其与地面接触，自行车会向前运动。（这个运动就相当于惯性滚动）.你会发现，轮下的灰尘或小沙粒被抛向后，即轮对地面有一个向后的作用力。因此，地面对轮的作用力（磨擦力）方向仍向前。 刹车时，主动轮（后轮）因阻力矩作用增大而减速，但摩擦作用方式没有变；不过，若主动轮处在包死状态，由于惯性使自行车继续运动时，主动轮与地面的摩擦属滑动摩擦，前轮仍是静摩擦。
[编辑本段]关于摩擦力的做法
1.怎样分析和计算摩擦力
在计算摩擦力大小之前，必须首先分析物体的运动情况，判明是静摩擦力还是滑动摩擦力。如果是滑动摩擦力，可用公式 f =μN 计算，式中的μ 是摩擦系数；如果是静摩擦力，则一般根据物体的运动情况（静止、匀速运动、或变速运动），利用平衡条件或运动定律列方程求解。 判定滑动摩擦力的方向一定要把握“滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反”这一判定依据。具体做法是：先选择受摩擦力的物体为研究对象，再以与这个研究对象直接接触的物体为参照物，找出研究对象相对于参照物的速度方向，那么，滑动摩擦力的方向就与该相对速度的方向相反。 判断静摩擦力方向的依据是：“静摩擦力的方向总是跟接触面相切，且跟物体相对运动趋势的方向相反”。具体做法是：首先选择受静摩擦力的物体为研究对象，再选与这个研究对象相接触的物体为参照物，然后假设接触面光滑，来判断研究对象相对参照物的速度方向，即相对运动趋势方向。那么，静摩擦力的方向就与相对运动趋势的方向相反。
2.如何正确判断摩擦力的方向
摩擦力是阻碍物体相对运动的力，有些同学就把理解摩擦力的方向为与物体运动的方向相反，其实是不对的，严格地讲，摩擦力的方向是和物体相对运动趋势的方向相反。

‘贰’ 物理受力分析的技巧

对物体进行受力分析是解决力学问题的基础，是研究力学问题的重要方法．受力分析的程序是：
1．根据题意选取研究的对象．选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量简便．研究对象可以是单个物体或物体的某一部分，也可以是由几个物体组成的系统．
2．把研究对象从周围的物体中隔离出来．为防止漏掉某个力，要养成按一般步骤分析的好习惯．一般应先分析重力；然后环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力；最后再分析其他场力（电场力、磁场力等）．
3．每分析一个力，都要想一想它的施力物体是谁，这样可以避免分析出某些不存在的力．如竖直上抛的物体并不受向上的推力，而刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的“冲力”．
4．画完受力图后要进行定性检验，看一看根据你画的受力图，物体能否处于题目中所给的运动状态．
5．对物体受力分析时应注意以下几点：（1）不要把研究对象所受的力与它对其他物体的作用力相混淆．（2）对于作用在物体上的每一个力，都必须明确它的来源，不能无中生有．（3）分析的是物体受到哪些“性质力”（按性质分类的力），不要把“效果力”与“性质力”混淆重复分析．例如，有人认为在竖直面内做圆周运动的物体运动至最高点时受三个力的作用：重力、绳的拉力和向心力．实际上这个向心力是重力与绳拉力的合力，是“效果力”，不属于单独某一性质的力，不能重复分析．

‘叁’ 求摩擦力的几种方法

判断摩擦力方向的几种方法
1．判断静摩擦力方向的四种方法
（1）由相对滑动趋势直接判断 因为静摩擦力的方向跟物体相对滑动趋势的方向相反，如果我们所研究的问题中，物体相对滑动的趋势很明显，就可以由相对滑动趋势直接判断．这是判断静摩擦力方向的基本方法。
（2）用假设法判断 所谓假设法就是先假设接触面光滑，以确定两物体的相对滑动趋势的方向，从而确定静摩擦力的方向。
(3)由运动状态判断 有些静摩擦力的方向与物体的运动状态紧密相关，可以由物体的运动状态来判断物体所受静 摩擦力的方向
(4)用牛顿第三定律判断 由以上三种方法先确定受力比较简单的物体所受静摩擦力方向，再由牛顿第三定律确定另一物体所受静摩擦力方向．
2．滑动摩擦力的方向可由相对运动方向确定或牛顿第二定律确定

关于摩擦力理解的“7 个”误区
1．认为“摩擦力一定和物体运动方向相反” 滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，而不一定与物体的实际运动方向相反。
2．认为“静止的物体只能受到静摩擦力，运动物体只能受到滑动摩擦力” 摩擦力发生在相互接触并挤压的两个接触表面不光滑的物体之间．如果该物体之间存在相对运动，则有相互的滑动摩擦力；如果这两个物体相对静止，并存在相对运动趋势，则物体间有相互的静摩擦力．
3．认为“ f =uF中的 F 就等于物体所受的重力” 压力是根据作用效果命名的一种力，其方向总与接触面垂直并指向受力物体，即属于弹力．重力方向始终是竖直向下的。一般情况下两者不会相等，只有一些特殊情况时才会相等．
4．认为“摩擦力总是阻力” 摩擦力的作用效果是阻碍物体问的相对运动(滑动摩擦力)或阻碍物体问的相对运动趋势(静摩擦力)，但不一定阻碍物体间的实际运动．摩擦力可以是阻力，也可以是动力．
5．认为“压力越大，摩擦力越大” 由公式 f =uF 可知，滑动摩擦力与压力成正比，压力越大，滑动摩擦力越大；最大静摩擦力也与压力成正比但静摩擦力的大小应根据物体的实际运动状态利用平衡条件或牛顿运动定律来确定。
6．认为“一个物体在一个接触面上可以同时受几个摩擦力的作用” 相互接触的两个物体问有相对运动或相对运动趋势时，在接触面上产生阻碍相对运动的摩擦力，方向与物体的相对运动或相对运动趋势方向相反，即针对具体的物理问题，摩擦力是唯一的。
7．认为“摩擦力是不变的” 摩擦力产生于两个相互接触、有弹力且存在相对运动或相对运动趋势的物体之间，当两物体间弹力大小改变，会引起摩擦力大小改变，甚至引起摩擦力“有无”的改变；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，还会引起摩擦力的方向改变。

‘肆’ 受力分析的步骤

受力分析的一般步骤如下：
（1）选取研究对象：即确定受力分析的物体。研究对象可以是单个的物体，也可以是物体的系统组合。

（2）隔离物体分析：将研究对象从周围困胡谨的物体中隔离出来，进而分析物体受到的重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等，检查周围有哪些物体对它施加了力的作用。

力分析的定义：把指定物体（研究对象）在特定物理情景中所受的所有外力找出来，并画出受力图，这就是受力分析。

受力分析的一般顺序：先分析场力（重力、电场力、磁场力），再分析接触力（弹力、摩擦力），最后分析其他力。

‘伍’ 静摩擦的分析方法

1. 条件法
根据静摩擦力产生的条件来判断。这是分析静摩擦力最直接、最基本的方法。
例1. 如图1，在粗糙水平面上有一个三角形木块，在它的两个粗糙斜面上分别放有两上质量为m1和m2的小木块，m1>m2。已知三角形木块和两个小木块都是静止的，试分析粗糙水平面对三角形木块的摩擦力。
分析 三角形木块和两个小木块都静止，则可将三者看成一个整体，如图2。整体在竖直方向受到重力和水平面的支持力作用，合力为零；在水平方向没有受到其它力的作用，没有相对于水平面运动的趋势，因此粗糙水平面对三角形木块没有静摩擦力。
2.假设法
假设不存在静摩擦力，分析物体将会发生怎样的相对运动，从而确定静摩擦力的作用效果。
例2. 如图3，杆AB静止地靠在直角墙上，墙的竖直部分光滑，水平部分粗糙，试分析杆受到的静摩擦力。
分析 假设杆没有受到静摩擦力，那么杆的B端将会向右滑动，说明杆的B端受到水平向左的静摩擦力作用，阻碍杆相对地面向右运动的趋势。3. 平衡法
根据物体处于平衡状态的条件来分析。
（1）利用共点力平衡条件：F合=0
例3. 如图4，质量为m的物块放在倾角为α的固定斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数为，物块在一沿斜面向上的外力F作用下处于静止状态，求物块和斜面间的摩擦力f。
分析 如图5，物块受到重力G、斜面的支持力N和外力F的作用。若物块与斜面间有摩擦力，则为静摩擦力。要确定物块相对于斜面的运动趋势，应先确定外力F与重力沿斜面的分力mgsinα的大小关系。由于F大小未知，利用共点力平衡条件讨论如下：
①若F=mgsinα，物块与斜面间没有相对运动趋势，所以物块和斜面间没有摩擦力。
②若F>mgsinα，物块相对于斜面有向上的运动趋势，斜面对物块的静摩擦力方向沿斜面向下，并且有F=mgsinα+f，即
f=F－mgsinα
③若F<mgsinα，物块相对于斜面有向下的运动趋势，斜面对物块的静摩擦力方向沿斜面向上，并且有F+f=mgsinα，即
f=mgsinα－F。
（2）利用力矩平衡条件：M合=0
例4. 如图6，不可伸长的轻绳将一个均匀的、重为G的球悬于竖直墙上的A点，球静止，绳系在球上的C点。试分析球与竖直墙面间的静摩擦力方向。
分析 分析球的受力如图7。以球心为支点，合力矩为零。其中，重力G和支持力N均过球心，力矩为零，所以，静摩擦力的力矩与绳子拉力的力矩大小相等、方向相反，因此B处的静摩擦力方向一定竖直向上，产生逆时针方向力矩，与绳的拉力T产生的顺时针力矩平衡。
4. 利用牛顿第二定律分析
例5. 如图8，A、B两物体叠放在固定的光滑斜面上共同下滑，求B受到的静摩擦力。
分析 先以A、B整体为研究对象，因为斜面光滑，所以A、B共同下滑的加速度a=gsinθ。
再以物体B为研究对象，它的加速度也为a。如图9，将a沿水平方向和竖直方向分解为ax、ay。分析B的受力，由牛顿第二定律可知，重力与支持力的合力产生了竖直方向的加速度ay，而水平方向的加速度ax应由水平向左的静摩擦力产生，所以
方向向左。
5. 利用牛顿第三定律分析
例6. 如图10，在力F的作用下，质量均为m的A、B两物体均静止，试分析A受到的静摩擦力。
分析 直接隔离A很难分析其受力情况。可先隔离B，如图11，可知A对B的静摩擦力和B的重力是一对平衡力，即A对B的静摩擦力fAB=mg，方向竖直向上。根据牛顿第三定律得，B对A的静摩擦力fBA=mg，方向竖直向下，由于A处于平衡状态，由平衡条件可知，A还受到墙对它的静摩擦力F=2mg，方向竖直向上。
小结静摩擦力的分析方法多且活，要根据具体问题的特点选择适当的方法。以上方法的运用往往不是独立的，要注意联系和有机结合。