关于摩擦力的微观认识

　　摘 要： 文章主要从摩擦力产生的微观机制方面研究摩擦力，具体分析了三种影响机械摩擦力大小的因素，运用分析讨论的方法可以解决摩擦力教学当中的一些难点。
　　关键词： 摩擦力 静摩擦力 微观机制
　　
　　摩擦力的教学并非靠几次课堂教学就能完成。摩擦力问题除了贯穿在力学的始终，电磁学等领域都将涉及摩擦力的问题。因此，学生对摩擦力掌握的程度直接影响以后的学习。
　　物理必修1第三章第三节摩擦力中，当讲述摩擦力的概念时沿用初中关于摩擦力的概念即：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或者有相对运动的趋势的时候，就会在接触面上产生一个阻碍相对运动或者相对运动趋势的力，这个力叫做摩擦力。当老师讲述摩擦力的知识，关于摩擦力的产生条件往往会是这四条：（1）相互接触的俩物体间。（2）物体相互挤。（3）接触面粗糙。（4）发生相对运动或者有相对运动的趋势。这四个条件也符合学生的日常认知，比较容易被学生接受，但这只是摩擦力产生的宏观条件，在本章的前言里提到摩擦力是一种电磁力，许多学生对此并不理解。在教学中可以适当地介绍摩擦力产生的微观机制，有利于学生对摩擦力的理解。学生对滑动摩擦力的理解问题不大，相对滑动在生活中实例很多。但是许多学生在静摩擦力的理解过程中出现很多学习误区，静摩擦力的方向和大小是学习的重点也是难点，针对这一情况，本文就摩擦力的产生机制，静摩擦力大小、方向等方面谈谈粗浅之见。
　　一、摩擦力的产生
　　产生摩擦力的原因很复杂。人类从十五世纪开始研究摩擦直到十八世纪末库仑总结出摩擦定律止，科学家们才逐步建立了关于摩擦的凹凸啮合说。这种学说认为摩擦的产生是由于物体表面粗糙不平而导致的机械作用。按这种学说，两个接触面越光滑，摩擦力越小。但实际上，如果两个接触面光滑到一定程度后，接触面越光滑，摩擦力越大。因此产生了另一种学说叫分子粘合说。这种学说认为，两个接触物体在相互挤压时，接触面的凸部接触，产生塑性流动，致使凸部变成一个稍大的平面。于是两个物体在接触面上产生了分子，原子性的粘合，从而导致了摩擦。因此摩擦力是一种电磁力。以上这两种学说都只能较成功地解释某些或某部分的摩擦现象。其实当两个物体相接触时，有以下三种不同的情况eDoVWg7hEBRIg5i195dd0Q==。
　　1.接触点。两个表面真正接触的部分由于正压力的作用，接触点都受到压缩，一般情况下属于弹性形变表层的两个分子之间的距离小于分子的有效直径，形成“冷焊”要拉断它们的，必须使它们之间的距离增大到分子力为0时。因此接触点在接触面较光滑时对摩擦力的贡献较大。
　　2.交错点。这些点没有相互接触，但伸入到中心线以上，互相交错当物体相对运动时，它们将发生碰撞，产生阻碍物体的相对运动或者相对运动趋势，消耗物体的动能因此交错点在接触面较粗糙的时候对摩擦有较大的贡献。
　　3.脱离部分。既不接触，又没有交错的部分在这些点上，两表面的分子之间没有相互作用力，对摩擦力没有贡献。
　　下面就是这三种情况的示意图：
　　我们可以归纳产生摩擦的两个主要原因：一是物体表面的粗糙不平;二是物体两接触面的分子、原子和电荷之间的引力作用。那么这两种原因分别在什么情况下对摩擦的产生起主要作用呢？物体表面比较粗糙的时候，微粒之间的作用力只发生在两个接触面凸起部分相接触的地方，作用力很小，可以忽略不计。在这种情况下，摩擦力主要是由于物体表面的粗糙不平，两个接触面的凹凸部分即交错点相互啮合引起的。物体表面非常光滑的时候，物体的两个接触面充分接触，许多部分间的距离已经小到微粒的作用力范围之内，这些部分即接触点之间的作用力不能忽略。在这种情况下，摩擦力主要是由分子、原子和电荷之间的引力引起的。这就可解释“接触面越光滑，摩擦力越大”的现象。因为接触面越光滑，发生引力作用的分子越多，摩擦力就越大。
　　二、静摩擦力有关问题的理解
　　1.静摩擦力跟滑动摩擦力不一样，它不是一个定值，其值0≤f静≤fmax。当物体间有相对运动的趋势时，交错点间就会产生阻碍作用，相对运动趋势越大起阻碍作用的交错点的数量就会越多，阻碍作用就会越明显，所以此时的静摩擦力就会变大，直到物体开始相对滑动。
　　2.最大静摩擦力比滑动摩擦力稍大。可用摩擦力产生的微观机制来解释。当物体有相对运动的趋势的时候，交错点之间会有力的作用，从而阻碍物体的相对运动趋势。这就是静摩擦力，当物体要运动而没有运动时，产生阻碍作用的交错点是最多的，从而产生最大的静摩擦力。而物体之间发生了滑动的时候，两个接触面的交错点部分相互碰撞，产生断裂、磨损，从而减少了交错点之间的相互阻碍作用，因此滑动时凹凸啮合对摩擦力的贡献相对较小。所以最大静摩擦力会比滑动摩擦力稍大些。
　　综上所述，在摩擦力的教学过程中适当讲解摩擦力的产生机制会加深学生对摩擦力的理解，在讲解静摩擦力的大小这部分内容时运用摩擦力产生的微观机制可帮助学生认识和理解该问题。要多举例子让学生直观形象地理解静摩擦力的方向问题。