趣味實(shí)例教授識(shí)摩擦力知識(shí)

1、趣味實(shí)例教授識(shí)摩擦力知識(shí)摘要：汽車(chē)、行人如何安全通過(guò)流水橋，及球場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 員為何容易摔倒等生活現(xiàn)象之力學(xué)本質(zhì)。關(guān)鍵詞：失重 摩擦力 相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向原理：滑動(dòng)摩擦力 f=uN, 物體超失重時(shí)， f 會(huì)發(fā)生變化。摩擦力的方向與物理相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，當(dāng)物體速度（運(yùn)動(dòng)）方向發(fā)生變 化時(shí)，滑動(dòng)摩擦力方向也會(huì)發(fā)生變化。學(xué)法指導(dǎo)：培養(yǎng)仔細(xì)觀察，潛心思考，嚴(yán)密推理的習(xí)慣，并運(yùn)用 所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。情感教育：建立熱愛(ài)科學(xué)，運(yùn)用科學(xué)探索自然奧秘，造福人民的 理想。（問(wèn)題）導(dǎo)入在我的家鄉(xiāng)，有一座神秘的“魔鬼橋” 。此橋因?yàn)楫?dāng)年修建時(shí)被 污吏所貪，故橋面經(jīng)常在雨季被淹。 多少年來(lái)，此橋沖滅了許多車(chē)輛、 行人。傳

2、說(shuō)是龍王喜歡雨季在此飲酒作樂(lè)，奪命作食。自從我記事以來(lái)，一直未有人破解此謎。 經(jīng)我反復(fù)詢(xún)問(wèn)鄉(xiāng)里老人， 且仔細(xì)觀察研究，終于破解魔橋之謎。典型的事故過(guò)程如下：河水漲得很高時(shí)，司機(jī)、行人都不會(huì)冒險(xiǎn)過(guò)橋，待水高出橋面02米左右時(shí)，由于河道上下游此時(shí)落差很小，所以河水消退很慢，若等橋面完全露出，有時(shí)須待一天。許多不愿等待的司機(jī)、行人常冒險(xiǎn)過(guò)河。常有小車(chē)走至橋面深水處時(shí)，馬達(dá)熄火，（由于底盤(pán)排氣管進(jìn) 水）停在橋面。旁邊司機(jī)分析，此為河水最深處，而水未把底盤(pán)低而 輕的小車(chē)沖走，可見(jiàn)河水不會(huì)把我這又大又重且底盤(pán)高的大車(chē)沖走， 于是驅(qū)車(chē)過(guò)橋，但往往出乎司機(jī)意料，車(chē)輛被卷入橋下，甚至車(chē)毀人 亡。推理探究：此事件

3、包含如下力學(xué)原理：汽車(chē)在流水橋面行駛時(shí)，同時(shí)受到橋 面給予汽車(chē)的兩種摩擦力，沿橋方向的滑動(dòng)摩擦力和沿流水反方向的 靜摩擦力作用，此靜摩擦力若與流水沖力平衡，則汽車(chē)作直線運(yùn)動(dòng)， 不至沖離橋面。當(dāng)汽車(chē)失重時(shí)，最大靜摩擦力減小，汽車(chē)有可能被流 水沖離沿橋方向的直線軌跡，作曲線運(yùn)動(dòng)。如圖一，橋上有上下坡面， 在下坡時(shí)，f=uN,N=m車(chē)gcosa,N變小，f減?。ɑ蛘J(rèn)為汽車(chē)部分失重）， 而水漸變深，則越易被流水沖走。橋面由于長(zhǎng)年被流水沖刷，有許多凸凹不平的碎石。輪胎與碎石相撞，導(dǎo)致汽車(chē)上下顛簸，部分騰空，失重。由f=uN,N減小，f減小，危險(xiǎn)性增大。當(dāng)汽車(chē)靜止時(shí)，受力圖如圖二圖圖三河水沖力只有大于汽車(chē)

4、最大靜摩擦力時(shí)，才能沖動(dòng)汽車(chē)，f = u NN=mg汽車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力圖如圖三，所受滑動(dòng)摩擦力 f及牽引力F均為地面所給，當(dāng)有流水沖擊時(shí)（特別是失重時(shí)），汽車(chē)可能做曲線 運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)圖及受力圖如圖四、圖五V 3aiV 1圖四如圖四，V3是汽車(chē)速度方向，V2是V3沿河水流向的分速度，Vi是沿橋方向的分速度。如圖五， F 是汽車(chē)所受牽引力（與汽車(chē)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反） f 是汽車(chē)所受滑動(dòng)摩擦力，總與汽車(chē)速度方向相反， （即圖三中的 v3 與 圖四中的f運(yùn)動(dòng)方向相反）,F2是河水沖力，fl,f2是f沿橋方向及流水 方向的分力。如圖四所示：tanavz/vv?由河水沖力決定，當(dāng)河水沖力一定時(shí)， 汽車(chē)沿橋

5、行進(jìn)方向 v1 越大， a1 越小。因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦力總是阻礙物體相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以a1=a2，則a2越小，由圖五可知，f2是阻擋流水不被沖走 的力，f2 =fsina2,f=uN,N=m車(chē)g,則f2越小。汽車(chē)行駛速度越大，一旦被 流水沖動(dòng)作曲線運(yùn)動(dòng)， 克服流水沖擊的滑動(dòng)摩擦力就越小。 所以汽車(chē) 過(guò)橋慢行更安全。此情形可做如下模擬實(shí)驗(yàn)： 如圖六，取兩側(cè)有掛鉤的方形木塊置 于水平桌面上，用一彈簧稱(chēng)拉木塊使其在桌面上做勻速直線運(yùn) 動(dòng)，并記下彈簧稱(chēng)示數(shù)Fi （可近似認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩 擦力）。與此同時(shí)， 另一彈簧在垂直木塊直線運(yùn)動(dòng)的方向拉木塊， 使其做曲線運(yùn)動(dòng)，如圖六，Vi為木塊作直線運(yùn)動(dòng)的速度，

6、V2為 隨后物塊作曲線運(yùn)動(dòng)的速度 并記下最初使物塊偏離直線運(yùn)動(dòng)的 瞬間的最大靜摩擦力F2,以及物塊近似作勻速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的兩彈 簧的示數(shù)F3、F4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果近似為，F(xiàn)i=F2=f,F4=fcosa,F3=fsina, 即F3小于f .當(dāng)Vi越大時(shí)，F(xiàn)3更易使物體做曲線運(yùn)動(dòng).以上模 擬實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)4、Fi相當(dāng)于汽車(chē)的牽引力，F(xiàn)2、F3相當(dāng)于流水沖力。司機(jī)往往高速過(guò)橋，探究其誤，因?yàn)槿藗冇沈T自行車(chē)的經(jīng)歷知， 慢行更易倒，臆想快速?zèng)_過(guò)橋面更安全，其實(shí)通常騎自行車(chē)快行比慢 行更穩(wěn)的力學(xué)原因是：不是因?yàn)榭燔?chē)慣性大。由動(dòng)量定理Ft=md v,行駛的自行車(chē)受到地面碎石等障礙物給予偏離原軌線同樣大小和方 向的力時(shí)，對(duì)快車(chē)作用時(shí)間短，動(dòng)量變化小，對(duì)行進(jìn)影響小。相反， 對(duì)慢車(chē)作用時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)量變化大，容易摔倒。而此橋較長(zhǎng)，流水作用 時(shí)間長(zhǎng)，相當(dāng)于不是一個(gè)石子撞擊自行車(chē)， 而是千百萬(wàn)排列成線成群 石子，一旦流水沖力大于最大靜摩擦力，隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，汽車(chē) 可能遠(yuǎn)離橋道，致發(fā)生事故.為了安全汽車(chē)只能始終不讓流水沖力大 于所受最大靜摩擦力，緩行顛簸小，與石子路面撞擊力小，向上向下 加速度小，超失重較小，反之，超失重較大.汽車(chē)在失重較大時(shí)可能 逐漸偏離橋道，故要慢行。聯(lián)想引伸：行人，汽車(chē)在有風(fēng)的路面行駛時(shí)，同樣與此類(lèi)似，（風(fēng)似流水沖力）。又如：藍(lán)球、足場(chǎng)上時(shí)常見(jiàn)到運(yùn)動(dòng)員