用“两点法”判定摩擦力方向

用“两点法”判定摩擦力方向
　
摩擦力，特别是摩擦力的方向判定与大小计算，历来是学生学习的难点，也是高考考查的热点。几乎在每年的高考试题中，或者单独考查，或者渗透在其他题目中，都要涉及摩擦力的问题，要想能在这些题目中能如鱼得水，运用自如就必须加深对摩擦力的理解，特别是熟练掌握摩擦力方向的判定方法。通过这几年的高三教学，本人总结出了判定摩擦力方向的一种方法——“两点法”。
一、书本中对于摩擦力方向判定的定义
摩擦力的方向：与接解面相切，和物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反。
可见对摩擦力的方向的判定，首要的还是对相对运动或相对运动趋势的方向的判定，学生在分析摩擦力的问题时，对摩擦力产生条件中和摩擦力方向中的“相对”二字的含义理解不够深刻，从而经常出现摩擦力的方向总是和物体的运动方向相反这样的误区，为了避免出现这样的错误，掌握相对运动或相对运动趋势方向的判定方法很关键。
二、“两点法”介绍
步骤：
第一步：选取研究对象，即受摩擦力作用的物体。
第二步：在分析产生摩擦力的那个接触面上的两个相互接触的物体上分别取两点，且这两点相当于同一点，但在不同物体上。
第三步：假定在相互接触的两物体间添加润滑油，从而使两物体间的摩擦力不存在，看此后在极短时间内两物体将会发生怎样的相对运动。
第四步：取和研究对象接触的物体为参照物，找出该物体相对于参照物的运动方向。
第五步：根据和相对运动的方向相反来确定摩擦力的方向。
此方法对判定滑动摩擦力和静摩擦力的方向都能够很好的适用。
三、应用举例
例1如右图物体B叠放在物体A上，水平地面光滑，现分别给A、B一个瞬时速度、，且，问此时B物体受到的摩擦力方向。
分析：
第一步：选取研究对象，由于题目问此时B物体受到的摩擦力方向，可知研究对象为B物体。
第二步：如右图所示在接触面的两侧物体A、B上分别取P点、Q点.
第三步：假设在相互接触的两物体A、B间添加润滑油，此时没有摩擦力，去判断他们在与接触面相切方向上的合外力，发现此时A和B在接触面相切方向上的合外力为零，说明此方向上无加速度，即A与B都做匀速直线运动。由于，则在极短时间内
，即
第四步：取A物体为参照物，从上看，Q点相对于P点向右，即物体B相对于A向右运动。
第五步：根据和相对运动方向相反可判定物体B所受摩擦力方向向左。
例2如图所示是皮带传动装置示意图，A为主动轮，B为从动轮。试判断A轮上P点和B轮上Q点所受摩擦力的方向。
分析：
第一步：选取研究对象，先分析A轮上P点。
第二步：在与P点相对的皮带上取另一点M点。
第三步：假定皮带打滑，此时A轮与皮带间没有摩擦力，由于A轮是主动轮，所以A轮是匀速转动的，而皮带要动起来必须有力作用在其切向方向上，因此刚开始时它是静止的。在极短的一段时间内，则P点发生了一定的位移运动到了处，而皮带上的M点还在原处。如右图所示。
第四步：从第三步的最后结果可以看出P点相对于M点的运动方向向左。
第五步：根据和相对运动的方向相反可判定物体P所受摩擦力向右.
对于Q点同理可得，只是此时对于从动轮B，我们认为是皮带带动从动轮的，所以在打滑时，我们应当认为刚开始时是皮带在动而从动轮没有在动，从而判断出Q点相对皮带上N点向右，所以Q点受到的摩擦力方向向左。
例3如图所示，传输带与水平面间的倾角为，传输带以10m/s的速率运行，在传输带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传输带间的动摩擦因素为0.5，若传输带A到B的长度为16m，则物体从A运动到B的时间为多少？
分析：首先判定和tan的大小关系，＝0.5，tan＝0.75，所以物体一定沿传输带对地下滑，不可能对地上滑或对地静止。
其次传输带运行速度方向未知，而传输带运行速度方向影响物体所受摩擦力方向，所以应分别讨论。
⑴当传输带的上表面以10m/s的速度向下运行时，刚放上的物体的瞬时速度为零，此时想知物体所受的摩擦力，则可分别在物体与传输带上取P、Q点，假设传输带打滑，即无摩擦力，则对物体进行受力分析可知物体相对于地面有向下的加速度，而传输带则向下做10m/s的匀速直线运动，在很短的一段时间内物体的运动距离小于传输带向下的运动距离，可知物体相对于传输带有向上的相对运动，所以物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向下，
该阶段物体对地加速度　
方向沿斜坡向下
物体赶上传输带对地速度需时间为　
在时间内物体沿斜坡对地位移
当物体的速度达到传输带的速度10m/s时，他们之间没有相对运动趋势，此时无摩擦力，接下去的时刻，同样分别在物体和传输带上取两点P、Q点，假设打滑，此时，物体有向下的加速度，而传输带做匀速运动，所以物体运动的距离比传输带运动的要大，可知物体相对传输带有向下的相对运动，所以物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向上，则
物体以加速度运行剩下的11m位移所需时间
则
即
所需总时间
⑵当传输带上表面以10m/s的速度向上运行时，物体相对于传输带一直具有沿斜面向下的相对速度，物体所受滑动摩擦力方向沿斜坡向上且不变，设加速度为
则
物体从传输带顶滑到底面所需时间为
则　　
四、自我评价
一直以来，对于摩擦力方向的判定的正确与否，对于解决动力学问题至关重要，我们可以通过上面的研究，熟练运用“两点法”。这样在以后再碰到关于摩擦力问题的题目时，我们就可以沉着应对。