如何确定转动平面圆盘上物体所受静摩擦力的方向.pdfVIP

37卷第 4期 物 理 教 学 Vo1．37NO．4 2015年 4月 PHYSICSTEACHING Apr．2015 如何确定转动平面圆盘上物体 所受静摩擦力的方 向 褚文伟 (桐乡市凤鸣高级中学 浙江 314500) 摘 要 高中物理教学中怎样解释转动物体受到的静摩擦力方 向是个重要 的问题 。本文通过例子 的分析 ，明确分析摩 擦力时，是以施力物体为参考系，运动趋势是指物体刚开始运动 时运动 的方向，分析相对运动趋势时 ，运动起来后 ，物体 的相 对运动方向与静摩擦力无关。 关键词 转动 静摩擦力 平面圆盘 文章编号 1002—0748(2015)2—0065 中图分类号 G633·7 文献标识码 B 1．问题 的提 出 律 ，其所受合力也指向圆心，其合力提供 向心力。对 人教版高 中 《物理》(必修 小物体进行受力分析 ，小物体受重力、支持力和静摩 2)第 25页问题与练习 3： 擦力，如图2所示 ，重力和支持力平衡 ，静摩擦力提供 一 个 圆盘在水 平面 内匀 向心力，所以静摩擦力指向圆心，甲同学是正确的。 速转动 ，角速度 是 4rad／s。盘 3．怎样解释 乙同学的问题呢? 面上 距圆盘 中心 0．10m 的位 (1)乙同学参考 系选择错误 置处 有一个质量为 0．10kg的 图 1 在课本的这个题 中，小物体在做圆周运动 ，其运 小物体能够 随圆盘一起运动 ， 动的方向应该是切线方 向，该运动是 以地面为参考 如 图 1所示 。 系的。按照静摩擦力的概念 ，静摩擦力的方 向跟接 (1)求小物体做匀速圆周运动时所受 向心力 的 触面平行或相切 ，并且跟物体相对运动趋势方 向 大小 。 相反 。并明确所谓 的相对 ，是 以施加摩擦力 的施 (2)关于小物体的向心力 ，甲、乙两人有不同意 力物体为参考 系 的。因此 ，乙同学 以地面为参考 见 ：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力 ， 系做 出的判断是错误的，正确的判 断是 ：圆盘对小 指 向圆心 ；乙认为小物体有向前运动的趋势 ，静摩擦 物体施加静摩擦力 ，应该 以圆盘为参考系 ，小物体 力方向和相对运动趋势方向相反 ，即向后 ，而不是和 受到的静摩擦力 的方 向与相对圆盘运动趋势 的方 运动方向垂直 ，因此向心力不可能是静摩擦力 。你 向相反。 的意见是什么?说 明理 由。 (2)若 以圆盘为参考 系，物体飞 出后会怎样 对于第二小题 中甲、乙两位同学提出的问题 ，很 运 动? 多学生感觉迷惑 ，认为两位同学的解释都是合理 的。 怎样确定相对圆盘运动趋势 的方 向相 呢?或者 教师应当怎样 向学生解释这个 问题呢? 说 ，在转动过程 中，怎样判 断相对运动趋 势 的方 2．第一种解释 向呢? 因为这个 问题 出现在 “圆周运动”的课后练 习 一 般的方法是这样 的，我们要先假设没有静摩 中，结合圆周运动的知识 ，根据书本能给出的合理解 擦力 ，物体会向哪个方向运动，这个方 向就是相对运 释是这样 的，在人教版 《物理 》 动趋势的方向，则静摩擦力的方向