例析“善变的摩擦力”

孙成

摘要：结合近几年高考对摩擦力变化问题的考查，笔者结合平时教学实际以传送带模型、叠加体模型、多过程模型为例，从摩擦力的定义和性质等方面入手，总结出几类常见的摩擦力变化原因及其特点.并通过例题进一步的分析，让善变的摩擦力不再那么玄妙.

关键词：摩擦力；变化的类型；传送带；叠加体模型

摩擦力是历年高考的热点也是必考点，笔者结合2013江苏高考和上海高考关于摩擦力的考查情况，发现考查的一个关键点是摩擦力的变化.笔者结合平时的教学浅谈摩擦力的变化原因和类型.一、因运动状态而改变

高中物理主要研究静摩擦力和滑动摩擦力.这两种摩擦力也是借助于研究对象相对于接触的参考系运动状态的不同而定义的.因此，运动状态的改变会直接影响摩擦力的变化.

1.运动变化导致摩擦力消失

图1例1 如图1所示，一平直的传送带以速度v=2 m/s匀速运动，传送带把A处的工件运送到B处，A、B相距L=10 m.从A处把工件无初速地放到传送带上，问用多长时间到达B端.

点评：详解略.本题物块先加速再匀速，运动状态的改变使得滑动摩擦力由有到无.

2.运动导致摩擦力方向的变化

例2如图2所示，传送带与水平面夹角为37°，并以v =10 m/s运行，在传送带的A端轻轻放一个小物体，物体与传送带之间的动摩擦因数μ = 0.5，AB长16 m，求：传送带逆时针方向转动，物体从A到B所用的时间.

图2点评：如图2传送带逆时针转动时，一开始木块向下加速时滑动摩擦力向下，当物块与传送带速度相等时，由于物块仍然有向下的运动趋势，后来变为滑动摩擦力方向向下.

3.运动导致摩擦力的性质发生变化

例3如图3所示，传送带与地面成夹角θ=37°，以10 m/s的速度顺时针转动，在传送带下端轻轻地放一个质量m=0.5 kg的物体，它与传送带间的动摩擦因数μ=0.9，已知传送带从A→B的长度L=50 m，则物体从A到B需要的时间为多少？

图3点评：本题物块先向上匀加速，滑动摩擦力f1向上且大于下滑力，当物块速度和传送带速度相等时，由于最大静摩擦力大于下滑力，滑动摩擦力突变为静摩擦力f2，其性质发生了改变，方向不变大小等于下滑力，匀速上升.

二、因正压力的变化而变化

1.叠加物体模型中正压力变化导致摩擦力的变化

2013年江苏高考和上海高考都考到了此类模型.此类模型通常结合运动的多过程考查.

图4例4（2013年上海高考）如图4，质量为M，长为L，高为h的矩形滑块置于水平地面上，滑块与地面间动摩擦因数为μ；滑块上表面光滑，其右端放置一个质量为m的小球.用水平外力击打滑块左端，使其在极短时间内获得向右的速度v0，经过一段时间后小球落地.求小球落地时距滑块左端的水平距离.

点评：详解略.本题M、m之间不存在摩擦力，故m不动.M与地面存在滑动摩擦力，当M向右运动导致m脱离时，由于M与地面的正压力变小导致M的滑动摩擦力大小发生变化.

2.竖直平面内圆周运动中正压力的变化导致摩擦力的变化

小球在粗糙的圆形轨道内侧做竖直平面内的圆周运动.由于小球的正压力大小不断的改变，整个过程滑动摩擦力不仅大小不断改变，方向也不断的变化.

三、因接触面粗糙的不同而变化

接触面的粗糙程度不同，动摩擦因数也不同，也会导致摩擦力大小的变化.

图5例5如图5所示，平直木板AB倾斜放置，板上的P点距A端较近，小物块与木板间的动摩擦因数由A到B逐渐减小，先让物块从A由静止开始滑到B.然后，将A着地，抬高B，使木板的倾角与前一过程相同，再让物块从B由静止开始滑到A.上述两过程相比较，下列说法中一定正确的有（）

（A） 物块经过P点的动能，前一过程较小

（B） 物块从顶端滑到P点的过程中因摩擦产生的热量，前一过程较少

（C） 物块滑到底端的速度，前一过程较大

（D） 物块从顶端滑到底端的时间，前一过程较长

点评：详解略.本题由于A到B动摩擦因素逐渐减小，正压力不变，所以摩擦力也在不断的减小.因此可以通过取平均值去计算.

综上所述：摩擦力的变化的类型多，且是历年高考的关注焦点，通常结合运动的多过程，叠加物体模型和传送带等问题相结合.面对此类摩擦力的变化，必须细心分析属于哪种类型的变化，并总结变化的规律，才能从题目的陷进中走出来.