“四步法”判断摩擦力方向

、摩擦力方向的说明 明：对摩擦力方向，众多教材中作如下说 1、滑动摩擦力的方向：跟接触面相切， 并且跟物体的相对运动方向相反。 2、静摩擦力的方向：跟接触面相切， 并且跟物体相对运动趋势的方向相反。 二、对“相对”二字的理解 这里的“相对”显然是“依靠一定条件 而存在，随着一定条件而变化的（跟‘绝对' 相对）”之意，那么“一定的条件”是什么 呢？ 联想研究物体的运动时的处理方式：我 们总是事先选定另一物体作为参照物。即事 先选择另一物体假定不动，再考查被研究物 体的运动情况。 由此不难看出“一定的条件”是指选谁 为参照物，那么应该选谁为参照物呢？一切 事实证明，应该选摩擦力的施力物体为参照 物。 三、“四步法”的内容 根据以上分析，我们可以归纳判定摩擦 力方向的“四步法”如下： 找出摩擦力的施力物体。 选择此施力物体为参照物。 判断受力物体的相对运动方向或相 1、 2、 3、 对运动趋势方向。 4、用“相反”确定摩擦力的方向。 四、实例解析 1、摩擦力方向与物体的运动方向相反， 阻碍物体的运动。 例 1、某人用水平推力 F 拉着木箱在水 平地面上前进，问木箱所受摩擦力方向。若 木箱未被拉动呢？ 解析：木箱所受摩擦力的施力物体为地 面，以地面为参照物，受力物体木箱向前运 动，可判定所受滑动摩擦力方向向后，阻碍 物体的运动。 若木箱未被拉动，参照物仍为地面，木 箱在拉力作用下有向前运动的趋势，可判定 木箱所受静摩擦力方向亦向后，阻碍木箱的 运动。 2、摩擦力方向与物体运动方向相同， 是动力。 例2,如图一，传送带顺时针运行，在其 上放一初速度为零的工件A,问在A未达到 与传送带速度相等前，工件A所受摩擦力的 方向? 传送带析选传送带所受蠶力的施力物体为 在A未达到与传送带速度相等前，相 对传送带在向左运动，所以工件A所 受滑动摩擦力方向向右，该力使工件A加速 运动。 例3、分析人走路时，后脚所受摩擦力的 方向，假设脚不打滑。 解析：摩擦力的施力物体为地面，选地面 为参照物，当后脚用力向后蹬地时，脚掌有 向后滑的趋势（若地面光滑，则脚将后滑）， 可知脚掌所受静摩擦力向前，此即为人前进 的动力。 后轮所受地面的摩擦力方向?假设车轮不打 滑。 解析:因为是分析地面对前后轮的摩擦力 方向，地面是施力物体，所以选地面为参照 物，分析前后轮的相对运动情况。 自行车后轮是主动轮，对车轮上与地面接 触的A点来说，如图二有向后运动的趋势， 故动力所牵引自行车前进应向前'此摩擦力 图二 图三 自行车前轮被车的架体推着前进,对前轮 上与地面接触的B点来说，如图三，有向前 运动的趋势，故B点所受静摩擦力方向向后， 是自行车前进的阻力之一。 也许以上分析的难点在A、B点相对运动 趋势的方向的判断，我们可以分别假想前后 两轮不受地面摩擦力，如某一车轮处于离地 的悬空状态:若后轮离地,后轮仍将转动（动 力来自人蹬踏脚板，链条传动），A点瞬时 速度向后，即着地时为向后的运动趋势；若 前轮离地，前轮将不再转动而仍要随车前进 （后轮推动架体前进），B点速度向前，即 着地时为向前运动趋势。 若人推车前进而非骑车前进，同理可分析 得到前后两轮所受摩擦力均向后为阻力的 结论。 3、摩擦力的方向与物体运动方向不相同， 也不相反。 例5、如图四，质量为m的工件置于水平 放置的钢板C上，二者间的动摩擦因数为u, 由于光滑导槽A、B的控制，工件只能沿水 平导槽运动，现在使钢板以速度v向右运 动，同时用力F拉动工件（F方向与导槽平 行），使其以速度v沿导槽匀速运动，则F 的大小为：（ ）2 A、等于umg B、大于umg C、小于卩 mg D、不能确定 解析：容易求得滑动摩擦力的大小为卩 mg,此题考査的重点是滑动摩擦力的方向。 运动方向如图五（俯视图）中V的方向，即 工件所受滑动摩擦力u mg的方向为V的反 方向。 工件所受摩擦力的施力物体是钢板C，选 钢板C为参照物，工件既在向V的反方向运 动，又在向V的方向运动，所以工件的相对 \\\\ 1 r B 0 图四 图五 图六 分析工件在导槽方向的受力，如图六（俯 视图），易知F=umgCos 0。答案选Co III 例6,如图七，工件A静止在绕中心0匀 速转动的水平转盘上，问工件 A 所受摩擦力 的方向。若转盘加速转动，假设A仍相对转 盘静止，摩擦力方向又如何？ III III 解析：工件 A 所受摩擦力施力物体是转 盘，选转盘为参照物。 1^1 转盘匀速转动时，工件 A 在切向与转盘一 起匀速运动无相对运动趋势，而在法向却有 远离中心 0 的运动趋势，所以受到指向中心 0 的静摩擦力。 转盘加速转动时，工件 A 不仅在法向仍有 远离中心 0 的运动趋势，而且在切向由于惯 线速度 V 方向相反的运动趋势，所以工件所 受静摩擦力应指向如图八（俯视图）所示方 向动趋，既势阻。碍法向的运动趋势又阻碍切向的运 图七 图八 其实该静摩擦力在法向的分量提供工件 圆周运动所需的向心力，而切向的分量提供 工件 A 切向的加速度，因此根据工件的运动 状态亦可分析出其静摩擦力的方向。 五、小结 “四步法”作为从正面理解摩擦力方向的 基础方法，在判断静摩擦力方向时，有时不 如用假设法或根据物体的运动状态应用牛 顿定律判断来得快捷，如实例中的例 6。但 用“四步法”分析物体所受摩擦力的方向， 有利于学生对摩擦力方向本质的深入细致 理解；有利于学生对相对运动及运动的合成 分解的理解；有利于学生对惯性及牛顿定律 的理解。