基于“1+2+3”原理剖析滑动摩擦力及其应用

陈松

[摘   要]物体运动时所受到的滑动摩擦力没有办法直接测量，但通过“当物体在拉力的作用下沿着水平方向做匀速直线运动时，拉力等于滑动摩擦力”这一转换法可以间接测量出来。这种测量方法简单，但是操作有点困难。为了让学生更好地理解与掌握此测量方法，将其归纳总结为“1+2+3”原理，即1个原理、2种方法、3条优点。

[关键词]“1+2+3”原理;滑动摩擦力;应用

[中图分类号]   G633.7       [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2020）24-0063-02

物体运动时所受到的滑动摩擦力没有办法直接测量，但通过“当物体在拉力的作用下沿着水平方向做匀速直线运动时，拉力等于滑动摩擦力”这一转换法可以间接测量出来。为了让学生更好地理解与掌握此方法，笔者将其总结并归纳为“1+2+3”原理，即1个原理、2种方法、3条优点，与大家共勉。

一、“1+2+3”原理

（一）1个原理

“1个原理”指的是测量滑动摩擦力的原理。即当物体在拉力作用下沿水平方向做匀速直线运动时，物体所受拉力等于物体所受滑动摩擦力的大小。

（二）2种方法

【方法1】如图1所示，将木块置于水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数等于物体所受滑动摩擦力的大小。此测量滑动摩擦力的实验方法是根据其测量原理设计和操作的，图1所示是典型的测量滑动摩擦力的实验装置，其原理直观，易于观察和理解。

【方法2】如图2所示，将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计拉着木块，弹簧测力计的另一端系在墙上，我们只需拉动长木板（无论匀速直线运动还是变速直线运动），就可以读出木块所受滑动摩擦力的大小。按照这种方法操作简便，便于读数，误差较小。

（三）3条优点

1.图1所示的实验操作需要保持木块沿水平方向做匀速直线运动，实际操作比较困难，且弹簧测力计的示数不稳定，给读数带来了困难;但图2所示的实验操作中并不需要保持木块匀速直线拉动，读数没有困难。

2.图2所示的实验操作中，用力F拉木板时，无论木板是匀速运动还是变速運动，木块与木板之间的摩擦力都是不变的，此时木块处于静止状态，木块所受的摩擦力大小等于拉力大小，由此可通过弹簧测力计直接读出摩擦力的大小，弹簧测力计不动，读数时比较容易和准确。

3.图2装置与图1装置相比，将“物体运动”转变为“木板运动”，而滑动摩擦力却不变，克服了思维定式的影响。

二、利用“1+2+3”原理探究滑动摩擦力的实验

“探究滑动摩擦力大小”实验一直是各地中考考查的重点之一，需要在理解滑动摩擦力大小只与压力和接触面粗糙程度有关的基础上，进一步关注滑动摩擦力大小与接触面积、运动速度等其他因素的关系。在教学中，教师可结合典型试题，基于“1+2+3”原理引导学生探究滑动摩擦力的实验。

【例1】（2019年Y市一模）某学校在研究“滑动摩擦力影响因素”实验，探究方法如图3。

1.如图3甲，用非常小的力拉木块没动，摩擦力______拉力。

2.如图3乙，用弹簧测力计拉叠放在一起的相同木块A和B做匀速直线运动，比较乙与甲可得滑动摩擦力大小与有关。

3.如何通过图3甲验证“增大接触面粗糙程度可以增大滑动摩擦力”？

4.如图3丙是将相同木块A和B固定在一起做匀速直线运动，比较图3丙与图3乙可以发现拉力示数相等，说明滑动摩擦力大小与             无关。

5.综合应用：在拔河比赛中，为了能够取胜，可以通过            接触面的粗糙程度和            来增大人与地面的摩擦力，使班级易贏得比赛。

科学决策：组队时，在班上选体重        的同学参加比赛，同时在比赛时脚穿图4中的            （选填“甲”“乙”或“丙”）种鞋。

【解析】起初，用非常小的力拉木块没动，木块处于平衡状态，此时木块受到静摩擦力作用，且摩擦力等于拉力;用弹簧测力计拉叠放在一起的相同木块A和B做匀速直线运动，比较图3乙与图3甲可以得出滑动摩擦力的大小与压力大小有关;要验证“增大接触面粗糙程度可以增大滑动摩擦力”的结论，可以在图3甲的水平面上铺一层棉布，用弹簧测力计再次拉动木块A做匀速直线运动;根据题意，比较图3丙和图3乙，滑动摩擦力相同，说明滑动摩擦力大小与受力面积大小无关;为了在拔河比赛中取胜，可以增大接触面的粗糙程度和增大压力来增大人与地面的摩擦力，即在班上选体重大的同学参加比赛，同时在比赛时脚穿图4中的甲鞋，这样就容易使班级贏得比赛。

【答案】1.等于。2.压力大小。3.参考上述解析。4.受力面积。5.增大;增大压力;大;甲。

三、应用“1+2+3”原理解决问题

1.应用受力分析法解决摩擦力大小的问题

应用受力分析法解决摩擦力大小的问题关键是对研究对象正确进行受力分析，找出研究对象受到几个力及其受力方向，再利用二力平衡知识、相互作用力知识等对摩擦力大小及方向进行求解。

【例2】（2019年Z市一模）如图5，甲、乙两个木块叠放在光滑的水平面上，用一根细绳将甲木块固定在左边墙上，用力拉动乙木块使其匀速运动，所用力F = 15N，分析甲、乙受到的摩擦力正确的是（    ）。

A.F甲=0，F乙= 15N，方向向右

B.F甲= F乙=15N，方向向右

C.F甲 = F乙= 15N，方向向左

D.F甲 = F乙 = 15N，甲方向向右，乙方向向左

【解析】根据题意，当用力F = 15N匀速拉木块乙时，如图6所示，根据二力平衡知识可知：木块甲对木块乙的摩擦力方向向左，F甲对乙 = 15N;再根据相互作用力知识可知：此时木块乙也会对木块甲产生向右的摩擦力，F乙对甲 = 15N;同时对木块甲在水平方向的受力进行分析，由二力平衡知识可得：此时细绳对其拉力F1 = 15N。

【答案】 D。

2.应用图像法解决摩擦力大小的问题

应用图像法解决摩擦力大小的问题关键是分析题目所提供的图像中每一阶段的运动特点及规律，找出图像中的相同点和不同点，利用二力平衡知识、摩擦力知识等对问题进行分析求解。

【例3】（2019年S市一模）如图7甲所示，G = 5 N的物体A在粗糙程度相同的水平地面上，用水平力F拉A，如图乙是F - t图像与v - t图像，分析图像可得出物体A的摩擦力是           N，3 ～ 6 s内A受的合力是           N，9～12 s做           运动，撤去拉力继续运动的原因是           。

【解析】根据题意，由图乙中v - t图像可知：物体A在0 ～ 12s内先加速，后匀速，最后减速至0，根据“滑动摩擦力大小只与压力大小和接触面粗糙程度有关，与物体运动速度大小无关”，因此物体受到的摩擦力大小始终等于其匀速運动时的摩擦力大小，即物体A在6 ～ 9s时做匀速运动，此时拉力F = 6N，根据二力平衡知识得：物体在整个运动阶段受到的摩擦力大小f = 6N;物体A在3 ～ 6 s内拉力F = 9N，摩擦力f = 6N，所以此时合力是F合= F - f  = 9N - 6N = 3N;物体A在9 ～ 12 s内拉力F = 0，摩擦力f = 6N，由于具有惯性，物体会继续做匀减速直线运动。

【答案】6;3;匀减速直线;惯性。

总之，任何探究实验都需要学生亲自参与其中，成为实验的主人，比如测量滑动摩擦力的实验对学生动手、动脑能力的培养具有较好的帮助作用，不仅仅让学生获得探究实验的方法，更重要的是提升学生的核心素养，将学生终身学习的目标落到实处，从而为学生的终身发展奠定良好的基础。

[   参   考   文   献   ]

[1]  陈爱武. 初中物理摩擦力的例题解析[J].数理化学习（初中版），2016（2）：52+54.

[2]  印晓明，陈坤.中美高中主流物理教材在“光学”部分内容呈现的差异与启示：基于培养学生科学领域内“核心素养”的视角[J].物理教师，2016（2）：74-77.

（责任编辑    黄诺依）