感受摩擦力

感受摩擦力

物体所受摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力，摩擦力的方向及大小等情况的判断是教学中的一个难点，引导学生利用身体感受摩擦力的情况，有利于解决关于摩擦力的问题。具体方法为:用身体某部位充当物体或平面(斜面)，通过该部位皮肤的感觉(或通过皮肤的皱褶情况，皮肤受哪个方向的摩擦力，就向哪个方向堆积，出现皱褶)判断摩擦力的情况。下面举例说明。

【例1】对自行车前轮所受摩擦力的判断:用右小臂充当车轮，压紧桌面使之向前移动(不让小臂主动转动)，由于摩擦力的作用，右小臂出现转动，此时可感受到小臂所受摩擦力为静摩擦力，方向向后。也可以用玩具小车的车轮(或用其他的圆柱形物体代替，包括拳头、手臂、水杯等)在胳膊上滚动，感受到胳膊所受摩擦力方向向前(也可以根据胳膊上的皮肤皱褶判断)，根据作用力和反作用力的方向相反，从而判断出车轮所受摩擦力的方向向后。

对自行车后轮所受摩擦力方向的判断:右小臂充当车轮，压紧桌面，让小臂在桌面上主动转动，但不使之打滑，可以感受到小臂所受的摩擦力为静摩擦力且方向向前。也可以右手握一支铅笔，放在左小臂上压紧，使之转动但不打滑，可以感受到左胳膊受到的静摩擦力方向向后(也可以通过皮肤的皱褶判断皮肤受到的静摩擦力方向向后)，根据作用力和反作用力的方向相反可得，车轮所受摩擦力的方向向前。

【例2】皮带传动装置中主动轮、皮带所受摩擦力的方向判断:以右手小臂作为主动轮，以弯曲的左手四指为皮带，可以感受到主动轮上任意一点所受摩擦力的方向与主动轮的转动方向相反，皮带上的一点所受摩擦力的方向与运动方向相同。

皮带传动装置中从动轮、皮带所受摩擦力的方向判断:以弯曲的左手四指为皮带，以右手小臂作为从动轮，可以感受到从动轮上一点所受摩擦力的方向与从动轮的转动方向相同，皮带上的一点所受摩擦力的方向与运动方向相反。

【例3】如图1所示，物体静止在斜面上，若加一水平推力F，使F由零逐渐增大而物体仍保持静止，则物体所受的静摩擦力F_f将如何变化?

图1

图2

解析:把重力G和推力F均沿斜面方向、垂直斜面方向分解，如图2所示。在沿斜面方向，物体受力平衡。当Fcosθ＜Gsinθ时，F_f的方向应沿斜面向上，随着推力F增大，F_f减小;当Fcosθ= Gsinθ时，F_f=0;当Fcosθ＞Gsinθ时，F_f的方向应沿斜面向下，随着F增大，F_f将相应增大。所以，随着推力F逐渐增大，静摩擦力F_f逐渐减小一直到零然后再增大。

这道题并不难，但很多学生感觉比较抽象，可以用胳膊感受摩擦力的大小和方向的变化，具体做法为:左小臂倾斜，在其上放一较重物体，右手水平推物体，随着推力由零逐渐增大，左胳膊可以明显地感觉到静摩擦力的方向和大小的变化情况，很容易得出结果。

【例4】一质量为m=20kg的钢件，架在两根完全相同的、平行的长直圆柱上，如图3所示，钢件的重心与两柱等距，两柱的轴线在同一水平面内，圆柱的半径r=0.025m，钢件与圆柱间的动摩擦因数μ=0.20。二圆柱各绕自己的轴做转向相反的转动，角速度ω=40rad/s。若沿平行于柱轴的方向施力推着钢件做速度为v₀=0.050m/s的匀速运动，推力为多大?设钢件左右受光滑导槽限制，不发生横向移动。

图3

要使钢件沿平行于柱轴方向做匀速运动，则推力的大小应等于摩擦力F_f在这个方向上的分力的2倍，作用在钢件上的摩擦力的方向与接触处钢件相对于圆柱运动的方向相反，在接触处钢件相对于圆柱一方面有向前的速度v₀，另一方面因为圆柱向里旋转，所以接触处钢件相对于圆柱还有与圆柱垂直且水平向外的速度rω，设合速度v的方向与圆柱的夹角为θ，满足

摩擦力F_f方向与合速度v方向相反，推力F为

由①、②、③三式得

带入数据得:F=2.0N

这道题的难点在于学生难以准确判断摩擦力的方向，可以用身体感受摩擦力的方向，具体做法为:用右手手掌充当钢件，左手小臂充当圆柱，左小臂转动，右手掌向前推进，很明显地能感觉到右手掌所受摩擦力的方向。

在摩擦力教学中，引导学生用人身体的某部位代替物体以感受物体所受摩擦力的情况，使抽象的摩擦力问题变得可以感受到。