摩擦力

王尚老师微信

2014.08.22 20:10

我们在本文中与大家一起探究摩擦力的相关概念。

摩擦力的概念

高中物理课本必修一的第57页有摩擦力的如下定义：

两个相互接触的物体，当他们之间有相对运动或相对运动趋势的时候，就会在其接触面上产生阻碍其相对滑动的力，这种力叫做摩擦力。

广义地物体在液体和气体中运动时也受到摩擦力。摩擦力是我们身边非常重要的一个力。没有摩擦力的世界是“惨不忍睹”的：一走路就摔跟头，话鞋带无法系紧，螺丝钉和钉子无法固定物体……当然，我们也不能认为摩擦力都是有益的，比如工业上机械部件中轴承的摩擦和汽车气缸内的摩擦等，都是有害的。

摩擦力的产生条件

摩擦力的产生条件为：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可，两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件而非充要条件。也就是说：没有弹力就不可能有摩擦力，但有弹力不一定就一定有摩擦力。

以上虽是课本上非常重要的摩擦力概念的理解，但却不是高考物理重点内容。高考的重点和难点在于探讨摩擦力的分类和方向的判定。从分类来看，摩擦力可以分为滑动摩擦力和静摩擦力两种。

滑动摩擦力

摩擦力的分类中，如果发生相对滑动，则为滑动摩擦力；反之，则为静摩擦。下面我们先来分析滑动摩擦力的大小。

滑动摩擦力的大小必须要用公式f=μN来计算。

（1）在接触力中，必须先分析两个物体间弹力N，再分析摩擦力的大小。
（2）有滑动摩擦力的时候才能用公式f=μN，其中的N表示物体间的压力大小，不一定等于物体重力G。只有在水平面上N才有可能与重力mg一致。

静摩擦力

两者之间只有运动趋势，而没有相对运动情况的摩擦力称之为静摩擦力。

（1）必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律f=μN计算。严格来说，其最大值略大于滑动摩擦力。但在大多数的试题中往往给出这样的条件：静摩擦力的最大值等于滑动摩擦力，即fm=μN。
（2）静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定（“被动性质的力”），其可能的取值范围是：0＜f≤fm。

判断摩擦力是静摩擦还是滑动摩擦的讨论

很多时候，对于一道涉及摩擦力的综合力学题来说，我们无法根据题意立刻判断出是静摩擦还是滑动摩擦。这个时候，解题的第一步就是判定摩擦力的性质。这一步走不好，后面无法进行。大家可以参考2005年广东高考物理第18题。我一般的思路是这样的，请注意，是王尚个人的解析习惯，并不一定是最佳的解题思路。

首先假设是静摩擦，两者是整体，求整体的加速度。在用单独一个物体（往往是分析仅受摩擦力的物体）的最大静摩擦力（这个时候往往题目告知是滑动摩擦力），是否能够提供此加速度。

1，如果可以，假设成立，两者之间是静摩擦力。

2，如果假设不成立，则必然是滑动摩擦力。

这是高一上学期讲得知识，希望大家不要认为我上面的分析是废话。笔者非常负责人地告诉你，很多时候高三的孩子在这里复习的时候都有问题。就像本文的标题那样，在力学难题中分析就不是那么简单了。可能，这个题目中摩擦力（动还是静是未知的）可能仅仅是4、5个力（甚至更多）中的一个。这个时候的判断就非常复杂，需要通过上面的过程严格一步一步来冷静思考。

摩擦力方向的判定

摩擦力的方向判定有两个方法，一个是书本上面的定义。即：摩擦力的方向总是阻碍运动方向或运动趋势（方向）。

另外一个就是假设法。假设界面是绝对光滑，那么会出现什么样的情况，而这种情况与常规事实（或题意）不符；借此（摩擦力为“事实”提供动力）来判定摩擦力的方向。

这种假设法对静摩擦和滑动摩擦都成立。

高中物理力学中的摩擦力是一个难点，尤其是和电磁学结合的时候，涉及到由静摩擦转化为滑动摩擦力的临界问题分析。