Question

请教一道有争议的高一物理圆周运动题目！

狗拉着雪撬在水平冰面上沿着圆弧形的道路(如图2中虚线所示)匀速行驶,图中A、B、C、D分别为雪橇受到的牵引力F及摩擦力f的示意图(O为圆心),其中正确的是( )有如下2种说法：1、【解析】 雪橇在水平面上受到拉力和摩擦力作用， 两个力的合力提供雪橇做圆周运动的向心力， 由于拉力方向与运动方向一致， 沿圆周的切线方向， 所以摩擦力的方向应如 D 图所示．【答案】 D 【易错警示】 由于物体做匀速圆周运动， 其所受的合外力提供向心力， 所以摩擦力的方向并不指向圆心， 也不与速度方向反向． 通过此题可以加深对匀速圆周运动的受力特点的理解． 此题有的同学认为摩擦力的方向与运动方向相反， 错选 A， 也有同学套用只有摩擦力提供向心力的情况而错选B．2、解析 由于雪撬与冰面之间有相对运动,所以雪撬受到地面施加的滑动摩擦力作用,其方向应与雪撬相对地面的运动方向相反,即沿着切线方向;又由于雪撬做匀速圆周运动,所以F必须斜指向圆的内侧,并由其指向圆心的分力来提供向心力。故本题的答案选C。点拨 本题常见的错误是选D。这是认为雪撬同时受到两个摩擦力的作用:一个是指向圆心的静摩擦力f1,由它提供使雪撬做圆周运动的向心力;另一个是沿切线方向的滑动摩擦力f2。而题中所说的摩擦力就是f1、f2的合力,所以f要沿着D图中所示的方向。究其出错的原因,显然是受到了汽车在水平路面转弯时由静摩擦力提供向心力的误导。事实上,汽车正常转弯时,车轮是做无滑的纯滚动,它与地面之间是静摩擦力的作用;而雪撬与地面之间则始终是相对滑动,它们之间是滑动摩擦力的作用。到底哪种是正确的呢？狗拉雪橇受到的摩擦力与汽车转弯有什么不同呢？ 问题补充：图：

Answer 1

选C。
原因如下：
首先呢注意到雪橇在水平冰面上是匀速圆周运动，既然是匀速圆周，其运动方向必然是切线方向，雪橇与雪地地面必然是滑动摩擦力的作用（至于车轮所受的摩擦力最后解释给你），这时就要明确一个问题就是滑动摩擦力的方向必定是与相对运动方向相反，在大学里你就会学到（如果你选的是物理专业的话）摩擦力最本质的原因是电磁相互作用，在宏观表现上反映的微观作用就是与相对运动方向相反，注意是相对，而在这里相对就是指与切线方向，所以滑动摩擦力必定是C选项所示，再由你所学的匀速圆周运动所必须满足的力学条件，它所受几个力的合力必然是指向圆心，所以选C。如果不好理解的话，同学你可以这样想，既然雪橇已经转起来了，他就必然会有一个速度沿切向的惯性，如果不受到一个指向圆内的力，它就会滑出去而不能继续保持圆周运动了。

汽车静止时，若（1）在斜面上静止，则汽车时刻有向斜面运动的趋势，之所以没运动是因为受沿斜面向上的静摩擦力作用的缘故；（2）在水平面上静止，则汽车没有向任何方向运动的趋势，所以不受静摩擦力作用。
汽车不打滑向前运动时，驱动轮（小汽车大多数是前轮是驱动轮）总是有相对于地面向后滑的趋势（可以想象在冰面上很有可能就开始滑了），所以驱动轮受向前的静摩擦力作用；从动轮受向后的静摩擦力作用。
汽车不打滑倒车时受力也都是静摩擦力，不过所受力的方向和前进时刚好相反。
之所以所受力都是静摩擦力，是因为车轮不打滑时与地面接触部分相对于地面是静止的。
滚动摩擦是由于物体发生形变产生的，在车轮问题中有滚动摩擦，但比静摩擦小多了，所以往往忽略了。滚动摩擦按作用效果来看其实是分属于静摩擦的，其合力最终作用于车轮转轴上。静摩擦力实际上就是为车提供了一个向前的驱动力，而我们要做的是防止滑动摩擦力（有时路面很滑就会看到车轮空转），对车轮来说，判断摩擦力的种类要看一个点，盯着这一个点来看，正常情况下受静摩擦力，车轮与路面接触点在这一瞬间是不动的，而受滑动摩擦力时这个点与路面是有相对滑动的。
好了，希望能帮到你。我是南大物理系的学生，欢迎来南大，哈哈哈哈。

Answer 2

选C。雪橇与地面是滑动摩擦，滑动摩擦总是与相对运动相反。F的切向分力与摩擦力抵消，以保持雪橇的切向速度。F的法向分力提供向心力。

Answer 3

C和D都有可能对。如果雪橇横向滑动的摩擦力很小，小到可以忽略不计时选C，如果雪橇横向滑动的摩擦力很大，在沿着指向圆心方向上的分力足以提供所需向心力时选D。总之向心力由拉力和摩擦力的合力提供，该合力必须指向圆心，否则必错。C和D只是符合条件的两个特殊情况。都对。