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摘 要： 摩擦力是日常生活中最常见的一种力的形式,也是高中物理课程中的重点内容.作为两个接触物体之间的一种作用力,看似简单的摩擦力发挥了巨大的作用,对于不同的问题而言也是有益有害.作者通过对摩擦力产生的原因、产生的条件、摩擦力的分类,以及摩擦力的作用进行阐述和总结,对其在人们生产生活中起到的作用进行描述,希望能够通过本篇文章使得广大高中生对摩擦力有一个清晰的认识,学好高中物理中的力学部分,更好地认识这个世界.
关 键 词 ： 高中物理教学 摩擦力 起因 分类 作用
在高中物理有关力学的知识体系中,摩擦力作为一种极其普通但是又极其重要的一种力存在着,关于摩擦力的起因和作用都给出了简单的解释,甚至于对摩擦力精确的计算公式都被人类破解出来.摩擦力也是高考最常考的知识点之一,对于培养学生的理解能力有重要作用.
一、摩擦力的起因
摩擦力的起因也就是摩擦力产生的条件.在高中物理的力学中,要想形成摩擦力,三个条件是必备的,第一个是物体之间的压力,第二个是物体接触面必须粗糙,第三个也是最重要的一点就是必须有相对运动或者相对运动的趋势,并且这里的运动和趋势必须垂直于接触的表面.从上面的条件可以看出,摩擦力的产生以压力为前提条件,如果两个物体相互接触而没有压力的作用,即使他们能够相互运动,也不会产生出摩擦力的作用.物体表面的粗糙度的实质就是在放大条件下物体表面凸凹不平的程度,当两个粗糙不平的东西挤压结合在一起,如果要发生相对运动,这些凸凹不平的地方自然就会形成阻力,也就是摩擦力.事实上,物体的粗糙度也正是根据这些凸凹不平的“山峰”或者“深谷”来定义的.另外,假若两个物体结合处有一定的粗糙度,但是二者没有垂直于接触面运动,或者有运动的趋势,比如二者相对静止的运动或者仅仅是挤压变形,也不会形成摩擦力的作用.摩擦力是可以精确计算出来的,公式为：F等于μ*F,这里面的F是正压力,也就是垂直于接触面的压力,可以是重力或者某一个压力在这个方向上的分力.μ为摩擦力系数,目前的科学实验还无法直接对其进行测算,都是根据上面的公式做实验得出的实验值,比如钢对铸铁的摩擦力系数0.16～0.18,皮革对铸铁的摩擦力系数为0.3～0.5.
例：已知斜面与地面的倾斜角为60度,一个10kg重的木块在向下滑动的过程中,与斜面的摩擦力为25N,问摩擦力系数为多大?如果同样材质的5kg木块从这个斜面下滑,摩擦力为多大?
分析：对于形同材质的木块而言,与斜面的摩擦力系数一定相同,在第一问中先求出摩擦力系数,第二问就迎刃而解.
解：将重力分解为一个正压力F和一个沿斜面向下的一个力,可得,F等于0.5G等于50N,由摩擦力公式F等于μ*F得,μ等于F/F等于0.5.由于在两个问题中μ相同,因此第二问中的摩擦力F等于F*μ等于12.5N.
二、摩擦力的分类
摩擦力按照动静之分可以分为静摩擦力和动摩擦力两种,这就是前面摩擦力形成的第三个原因得来的.假如两个物体有粗糙的接触面,二者有平行于接触面的相对运动,则为动摩擦力.如果没有相对运动而仅仅是有相对运动的趋势,这时的摩擦力就成为静摩擦力.当两个物体仅仅有相对运动的趋势而没有运动的实质,也就是两物体之间有静摩擦力时,比如在地面上向前推一块石头,由于石头没有动,根据石头受力平衡的原理,人对石头的推力应该等于静摩擦力的作用,也就是静摩擦力等于推力.在此基础上,逐步加大推力,当推力超过一个临界值时,石头就被推动了,石头从此进入了运动状态,受到的是动摩擦力的作用.这个临界值在物理学中被称为最大静摩擦力.如果用Fmax等于F*μ静,根据实验结果表明,μ静往往是大于动摩擦力系数μ的,这里的F通常就是石头的自身重力作用.人们根据这个原理设计出了汽车ABS防抱死装置.传统的汽车在刹车时都是车闸直接制动将车轮抱死,车轮的滚动摩擦变成了滑动摩擦,车闸与车轮的摩擦力等于车轮与地面的摩擦力,并且这时的摩擦力等于动摩擦力,摩擦力系数就是动摩擦系数μ.然而,如果是防抱死装置,装置就会在车闸与车轮静摩擦力到达最大时松开,然后又抱紧,等于车轮与车闸之间的摩擦力永远等于最大静摩擦力.这样使得制动过程中平均摩擦系数和摩擦力增大,有效减少了汽车制动的距离,避免了交通事故的发生.
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三、摩擦力的作用
摩擦力对于人类而言是一把双刃剑,有对人类生产产生帮助的一面,也有不利的一面.举个简单的例子,人体在行走过程中,人的脚掌向后用力,体重对路面自然而然地形成一个压力,这时举行成了路面与脚掌之间的摩擦力,人类正是在这种摩擦力的作用下向前行驶的.想象一下没有摩擦力作用的世界会是什么样子,人类向前走只能靠着向后推别的东西,汽车在光滑的地面上根本无法正常行驶,轻轻推动就可以将其推跑,但是要使它停下来又成了一件十分困难的事情.
摩擦力给生活带来的不便也有很多,还以汽车为例,由于轮子与地面之间的摩擦力,在摩擦力与因为摩擦力而形成的热量的影响下,汽车轮胎产生各种磨损和老化,大大减少了使用的寿命.在比如水流在水管中流动,这是由于水和管壁的摩擦,使得水流的速度受到了严重的影响,为大规模的输水带来了困难.机械设备之间如轴承的摩擦是机械装置损坏最重要的原因之一.宇宙飞船的返回舱在返回地面时,由于与大气剧烈摩擦产生出大量的热量使得返回舱如火球一般燃烧,为人类向太空进军增加了难度.
四、人类对于摩擦的规避和利用
人类的聪明正在于对万物的利用,“君子性非异也,善假于物也”.对于工具或者物理定律的运用正是人们生产力提高的标志.对于不利的摩擦人类应想尽一切办法规避,比如针对机械轴承之间的摩擦,人类发明了润滑油,在不同机械表面之间形成一个过渡的结构,减小摩擦.或者将产生摩擦的表面尽量做得光洁,减小摩擦系数,从而减少摩擦力,减少损耗.对于摩擦力的运用最常见的就是汽车在下雪天的防滑,通过对轮子加装能够增加粗糙程度的防滑网,使得汽车与路面的摩擦力增大,从而增加安全系数.当我们手握一个玻璃杯时,如果杯子开始向下滑动,为了不让它掉下来,必须加大自己的握力,这个加大握力的过程就是在摩擦系数μ不变的情况下增大了F,从而增大手与杯子之间的摩擦力.
摩擦力在高中物理课程中占有了相当的篇幅和比例,是日常最常见的力的一种形式.摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力,两种力的摩擦力系数是不相同的.人们通过自己的聪明才智,对有害的摩擦进行规避而对有利的摩擦加以利用.学好这一部分知识,对于学生正确地认识力的本质有着积极的影响,非常值得重视.
参考文献：
[1]沈秋发 .“摩擦力”教学难点突破.物
关于摩擦力方面论文范文文献
大学生如何写摩擦力毕业论文
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[2]周永纯,张景生.《摩擦力》的备课与教学.中小学信息技术教育,2005（9）.
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