一题多解有关摩擦力方向的求解方法

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翻新时间：2022-10-20

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一题多解有关摩擦力方向的求解方法

摩擦力是三种基本性质力（重力、弹力、摩擦力）中最难判定的力，它的方向和大小的确定是高中物理的重点和难点，物体在各种运动状态下摩擦力的分析也是高考的必考内容。如何快速、正确的求解摩擦力的方向和大小也是高中生学习物理必备的技能之一。

首先你要具备必需的基本知识：摩擦力具备两个特征：接触性和被动性。所谓接触性，指受摩擦力作用的物体直接接触，所谓被动性，指摩擦力随外界约束的变化而变化。其次你要熟练掌握牛顿运动三定律。下面通过一个常见的题目，突破摩擦力方向的判断和大小的计算。

如图所示，光滑水平面上放一质量为M的长木板，长木板上面放一质量为m的木块，木块与木板间的动摩擦因数为μ ，二者在水平向右的拉力F的作用保持相对静止，试求长木板受到木块的摩擦力。我们先来解决摩擦力的方向。

解法一：相对运动法

摩擦力的方向与接触面相切，与物体的相对运动（或相对运动趋势）相反，这里的相对要依靠一定的条件存在，研究物体的运动，首先要选取参考系，事先假定一个物体不动，这里我们可以选择摩擦力的施力物体为参考系。选木块为参考系，木板相对木块有向左运动的趋势，所以木板受到木块的摩擦力为静摩擦力，方向水平向右。

解法二：假设法

假设法主要根据摩擦力的产生条件：接触面不光滑来设定的。我们假设接触面是光滑的，可以知道长木板将保持不动，与题目条件二者相对静止一起向右运动矛盾。所以长木板受到木块的摩擦力，由于二者相对静止，长木板受静摩擦力，方向水平向右。

解法三：动力阻力法

摩擦力的效果总是起着阻碍物体相对运动的作用，其方向总物体相对运动或相对运动的趋势方向相反。但是，摩擦力的方向并不总与物体运动方向相反，它可与物体运动方向相同，还可以与物体运动方向成任意夹角。由此可见，摩擦力既可以为阻力也可以为动力。木板向右运动，受到的作用力为动力，所以长木板受静摩擦力，方向水平向右。

解法四：运动状态法

由牛顿第二定律F=Ma，长木板和木块二者共同向右运动，保持相对静止，说明二者具有共同的加速度a，长木板进行受力分析，长木板受到木块的摩擦力提供合力，所以长木板受静摩擦力，方向水平向右。

解法五：牛顿第三定律

木块所受摩擦力相对来说容易求解，木块有相对木板向右运动的趋势，木块受到的摩擦力为静摩擦力，水平向左，根据牛顿第三定律，木块对长木板的摩擦力与之等大、反向、共线，所以长木板受静摩擦力，方向水平向右。我们再来解决摩擦力的大小。

方法一：平衡法

此方法主要用在处理物体受静摩擦力处于平衡状态的情况，该题不适用。

方法二：运动状态法

长木板和木块二者共同向右运动，保持相对静止，二者具有共同的加速度a，长木板和木块a=，长木板f=Ma=。

方法三：牛顿第三定律

对木块受力分析F-f=ma，长木板受力分析f=Ma，木板f=，该题中的摩擦力为滑动摩擦力，我们依然可以灵活的应用上述方法求解其方向。其大小也会多一种方法，利用公式F=μFN计算出长木板所受的摩擦力。