Question

如圖物體靜止在斜面上，現用水平外力F推物體，在外力F由零逐漸增加的過程中，物體始終保持靜止，物體所受摩擦力怎樣變化？

Answer 1

先減小，后增加

【錯解分析】錯解：錯解一：以斜面上的物體為研究對象，物體受力如圖2－10，物體受重力mg，推力F，支持力N，靜摩擦力f，由于推力F水平向右，所以物體有向上運動的趨勢，摩擦力f的方向沿斜面向下。根據牛頓第二定律列方程
f+mgsinθ=Fcosθ      ①
N-Fsinθ-mgcosθ="0" ②
由式①可知，F增加f也增加。所以在變化過程中摩擦力是增加的。
錯解二：有一些同學認為摩擦力的方向沿斜面向上，則有F增加摩擦力減少。
上述錯解的原因是對靜摩擦力認識不清，因此不能分析出在外力變化過程中摩擦力的變化。
【正解】本題的關鍵在確定摩擦力方向。由于外力的變化物體在斜面上的運動趨勢有所變化，如圖，當外力較小時（Fcosθ＜mgsinθ）物體有向下的運動趨勢，摩擦力的方向沿斜面向上。F增加，f減少。與錯解二的情況相同。如圖，當外力較大時（Fcosθ＞mgsinθ）物體有向上的運動趨勢，摩擦力的方向沿斜面向下，外力增加，摩擦力增加。當Fcosθ=mgsinθ時，摩擦力為零。所以在外力由零逐漸增加的過程中，摩擦力的變化是先減小后增加。

【點評】若斜面上物體沿斜面下滑，質量為m，物體與斜面間的摩擦因數為μ，我們可以考慮兩個問題鞏固前面的分析方法。
（1） F為怎樣的值時，物體會保持靜止。
（2）F為怎樣的值時，物體從靜止開始沿斜面以加速度a運動。
受前面問題的啟發，我們可以想到F的值應是一個范圍。
首先以物體為研究對象，當F較小時，如圖物體受重力mg、支持力N、斜向上的摩擦力f和F。物體剛好靜止時，應是F的邊界值，此時的摩擦力為最大靜摩擦力，可近似看成f靜=μN（最大靜摩擦力）如圖建立坐標，據牛頓第二定律列方程

解得
當F從此值開始增加時，靜摩擦力方向開始仍然斜向上，但大小減小，當F增加到Fcosθ=mgsinθ時，即F=mg·tgθ時，F再增加，摩擦力方向改為斜向下，仍可以根據受力分析圖列出方程

隨著F增加，靜摩擦力增加，F最大值對應斜向下的最大靜摩擦力。
依據式④式①解得：
要使物體靜止F的值應為

關于第二個問題提醒讀者注意題中并未提出以加速度a向上還是向下運動，應考慮兩解，此處不詳解此，給出答案供參考。
當時，物體以a斜向下運動。
當時，物體以a斜向上運動。