探究高中物理摩擦力中的突变问题

祝普刚

【摘要】当前在高中物理关于摩擦力的学习中，最主要的内容就是滑动摩擦力和静摩擦力，在高中物理教学过程中发展滑动摩擦力和静摩擦力会随着物理情境的变化而发生突变，所以在解决相关问题时就要求高中学生具有较强的动态分析能力，这对学生的能力要求较高。因此，大部分的高中学生在遇到这一问题时都会感到困惑，本文针对高中物理摩擦力中的突变问题进行深入分析和研究，供读者参考。

【关键词】高中物理   摩擦力   突变问题

【中图分类号】G633.7【文献标识码】A【文章编号】1992-7711（2020）28-079-01

在近几年的高中学习当中摩擦力是一项极其重要的内容，几乎每年都会成为高考题目，同时也经常出现关于摩擦力的突变问题，而且题目的形式和种类多样，经常会出现关于该相作用力的大小和方向的突变内容。一般情况下，突变指的就是某一物体从一种形态转变为另外一种形态，在短时间内变化的一个过程。如果物体受力或者运动的情况下，那么这一作用力就会出现突变问题，导致物体的本身的运动情况和受力情况受到影响。受力突变问题一般都含有较大的特殊性和隐含性，导致高中学生在做相关习题时经常会出现错误，所以高中物理教师应该根据这一问题加大教学力度和练习力度。

一、“静——静”突变

一个物体如果在摩擦力和一些其他的外力下处于静止状态，如果这一物体受到其他力的合理发生改变时，物体仍然处于静止状态，那么就说明这一物体受到的静摩擦力的方向和大小发生了突变。案例如下：

在水平面上，有一个质量为10kg的小铁块，将小铁块拴在一水平被拉伸弹簧的一端，弹簧的另一端固定在小车上，当它们都处于静止时，弹簧对物块的弹力大小为3N，若小车以a=0.5m/s2的速度水平向右匀加速运动时（      ）

A.小铁块相对于小车仍然静止;

B.小铁块受到的摩擦力方向不变;

C.小鐵块受到的摩擦力变小;

D.小铁块受到的弹簧的拉力将增大。

解析：小铁块与小车都处于静止状态时，小铁块所受到的合力为0，弹簧对小铁块向右的弹力大小为3N，小铁块受到小车对它静摩擦力方向向左，为3N.所以小车对小铁块的最大静摩擦力至少3N.当小车以0.5m/s2的加速度水平向右匀加速运动时，小铁块所受向右合力应为F=ma=5N.若小铁块相对于小车静止，则弹簧对小铁块向右的弹力大小仍然为3N，小车对小铁块静摩擦力大小为2N、方向水平向右，而2N显然小于小车对小铁块的最大静摩擦力至少3N，这说明小铁块相对于小车仍然静止，没有发生滑动。小车水平向右匀加速运动时，静摩擦力发生了突变：方向由原来的水平向左变为水平向右;大小由3N变为2N.本题选项A、C正确。

二、“静-动”突变

一个物体如果在摩擦力和一些其他的外力下处于静止状态，当一个力发生变化使物体随之产生运动，那么说明摩擦力发生突变问题，静摩擦力突变为滑动摩擦力。案例如下：

小木块A和小木块B叠放在光滑的水平面上，木块A和木块B的质量分别为2kg和6kg，为了能够使木块A和木块B相对静止在水平面上做加速运动，作用在小木块B上的水平拉力F不能超过4N.如果将此水平拉力作用在木块A上，则（     ）

A.木块A和木块B仍相对静止一起加速运动;

B.木块A和木块B将发生相对运动;

C.木块A做匀速运动，木块B做加速运动;

D.木块A和木块B一起做匀速运动。

解析：设木块A和木块B之间的静摩擦力为Ffmax，如果水平拉力F作用在木块B上时，F=（mA+mB）a，Ffmax=mAa，所以Ffmax=1N，如果水平拉力作用于木块A，那么木块A和木块B不会发生相对运动，一起运动的最大加速度和拉力的最大值分别为amax=1/6m/s2，Fmax=4/3N，因为Fmax>F，木块A和木块B会发生相对运动，木块A和木块B都做加速度运动，所以选择B选项。

三、“动——静”突变

如果两个物体之间由相对滑动变为相对静止，那么这两个物体之间的摩擦力，通常都是由滑动摩擦力变为静摩擦力。案例如下：

质量为8kg的小车B放在光滑的水平面上，在小车右端加一个水平向右的恒力F=8N。当小车向右运动速度达到15m/s时，在小车的右侧放置一个质量为2kg的小木块A，木块和小车之间的摩擦因数为0.2，求经过1.5s后，小车位移的大小。

解析：aA=2m/s2，aB=0.5m/s2，设A、B速度为t1，则t1=1s

四、“动——动”突变

放两个物体之间发生相对滑动时，物体的运动状态发生改变，可能物体之间的滑动摩擦力发生突变问题。案例如下：

传送带长度为3.25m，与水平方向成30度角，传送带的两轮逆时针转动，使传送带始终以2m/s的速率运动。将一物体轻放在传送带的上端A，物体与传送带之间的动摩擦因数√3/5，g=10m/s2，求物体从传送带的上端A运动到下端B所用的时间。

解析：开始物体相对传送带向上运动，物体受到的滑动摩擦力沿传送带向下，当物体加速到v时，传送带匀速运动，物体要加速运动，物体相对传送带向下运动，受到的滑动摩擦力沿传送带向上。刚放上物体时，根据牛顿第二定律，所以a1=8m/s2物体加速到v所需时间为0.25s，通过的距离为0.25m，物体加速到v后，根据牛顿第二定律，所以a2=2m/s2，又s2=3m，所以t2=1s故物体从A运动到B所需的时间为1.25s.

结束语

总体而言，本文针对摩擦力“静——静”突变、“静——动”突变、“动——静”突变、“动——动”突变等问题进行举例分析，将高中物理摩擦力与物理运动和状态变化之间隐含着力的突变问题全部揭示出来，通过这种方法让高中学生对物理摩擦力方面问题有了更加深入的理解和掌握，从而提高高中学生的物理学习成绩，提高高中物理课堂教学的质量和效率。

【参考文献】

[1]王万平.站在摩擦力的立场看“突变”——也谈摩擦力的突变问题[J].教育革新，2018，000 （003）：P.38-39.

[2]罗绪凯，朱小霞.关于分析皮带传送中的摩擦力突变问题[J].考试周刊，2016（76）：146-146.

[3]徐晓明.力随境迁抓住界点——应用牛顿运动定律解决摩擦力的突变问题[J].新课程（教育学术），2011（3）：313-314.