再談“摩擦力”的教學(xué)

許春芳

摘要：摩擦力是高中力學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，正確認(rèn)識(shí)摩擦力，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)后面的知識(shí)有著至關(guān)重要的作用，而且摩擦力的學(xué)習(xí)歷來也是學(xué)生感到頭疼的問題，如何組織好有關(guān)摩擦力的教學(xué)是高中物理教學(xué)中一個(gè)重要課題。本文以摩擦力的“四要素”為突破口，嘗試解決這一教學(xué)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：教學(xué) 靜摩擦力 滑動(dòng)摩擦力 判斷

【中圖分類號(hào)】G633.7

對(duì)于剛從初中升入高中的學(xué)生來說，高中物理是學(xué)生認(rèn)為比較難學(xué)的科目，其中對(duì)一些物理量，尤其是矢量概念的理解是很重要的因素。新課標(biāo)教材《物理1》從運(yùn)動(dòng)學(xué)開始，目的就是降低臺(tái)階，采用循序漸進(jìn)的原因?qū)σ恍┖诵母拍睿ㄈ纾核俣取⒓铀俣群土Φ龋訉由钊腙U述。本節(jié)內(nèi)容是在初中摩擦力知識(shí)基礎(chǔ)上的延伸和拓展，但學(xué)生受初中物理前概念的影響較深，實(shí)際教學(xué)中還是有很多學(xué)生對(duì)摩擦力，特別是靜摩擦力的矢量性不能理解，在解決問題時(shí)還是經(jīng)常出現(xiàn)問題，從而打擊他們學(xué)習(xí)物理的信心。由于摩擦力問題的復(fù)雜性，且在具體問題中又表現(xiàn)出“動(dòng)中有靜，靜中有動(dòng)”，尤其靜摩擦力在許多情形下又是“若有若無，方向不定”，因此，教師在教學(xué)中一定要講清、講透摩擦力的有無、方向、大小及作用效果，從而使學(xué)生順利逾越“摩擦力”這個(gè)橫在學(xué)生面前的“鴻溝”。

一、摩擦力的“概念”教學(xué)，挖掘內(nèi)涵是關(guān)鍵

摩擦力的概念非常抽象，深刻挖掘其內(nèi)涵對(duì)于理解摩擦力的產(chǎn)生條件以及方向判定非常重要。筆者在教學(xué)時(shí)就用通俗易懂的例子來啟發(fā)學(xué)生，幫助他們理解摩擦力的概念。

講到“靜摩擦力”的概念時(shí)舉例：將黑板擦用手指按壓在黑板上不動(dòng)，問學(xué)生：“黑板擦受到摩擦力的作用嗎？如果有，方向怎樣？”引導(dǎo)學(xué)生分析具體問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

講到摩擦力的產(chǎn)生條件時(shí)問：“接觸的物體之間一定有摩擦力嗎？”學(xué)生的回答不盡相同。這時(shí)教師繼續(xù)演示：將黑板擦用手指按壓在黑板上，待會(huì)兒松手，問：“黑板擦沿黑板向下運(yùn)動(dòng)過程中受到摩擦力作用嗎？”“受到”學(xué)生回答，教師進(jìn)一步分析，由于撤掉了壓力，黑板擦就不可能再受到摩擦力作用了。總結(jié)得出摩擦力與彈力的關(guān)系：物體間存在摩擦力作用，就一定有彈力，；反之，有彈力作用的兩物體間不一定有摩擦力.

二、摩擦力的“方向”教學(xué)，判斷方法有新招

摩擦力的方向是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教科書指出：“靜摩擦力的方向總是沿接觸面，并且跟物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反”，教學(xué)中首先要強(qiáng)調(diào)靜摩擦力方向的方位：“總是沿接觸面”，如果接觸面是曲面，靜摩擦力的方向與接觸面相切。舉例：人行走時(shí)后腳所受摩擦力的方向就是向前，因?yàn)楹竽_相對(duì)于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

在教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)這種方法對(duì)于基礎(chǔ)一般的學(xué)生很難真正掌握，其原因在于：一是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向難判定，比如：“拉動(dòng)桌子，讓桌上的書與它一起向右加速運(yùn)動(dòng)，判斷書所受摩擦力的方向”，書的真實(shí)運(yùn)動(dòng)向右，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)卻向左。二是雖說只是簡(jiǎn)單的相反，但將原來的判斷結(jié)果顛倒一次，多了一道程序，使本不簡(jiǎn)單的判斷更不簡(jiǎn)單。事實(shí)上，只有摩擦力作為阻力時(shí)，方向才有一個(gè)相反的感覺，而這又恰恰誤導(dǎo)了很多學(xué)生把摩擦力只作為阻力看待和處理。考慮到上面提到的困難，筆者歸納出一種新的判斷摩擦力方向的方法：“摩擦力的方向就是該力產(chǎn)生效果的方向”，即：動(dòng)力（促進(jìn)）或阻力的效果，下面采用這個(gè)方法再解決上面的問題，書是在摩擦力作用下向右運(yùn)動(dòng)的，故所受摩擦力方向向右。

總之，“摩擦力的方向就是該力產(chǎn)生效果的方向”有效避免了教材方法理解和應(yīng)用的困難。理解起來直接而直觀，應(yīng)用起來也簡(jiǎn)單明了。教學(xué)中只要稍加啟發(fā)，學(xué)生就可歸納總結(jié)出來。

三、摩擦力的“大小”教學(xué)，“一刀切”的思想是前提

靜摩擦力的大小隨著沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向的外力的增大而增大，不是一個(gè)定值.靜摩擦力的大小介于0和Fmax，即0

滑動(dòng)摩擦力的大小跟運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，跟接觸面積無關(guān)，由公式Fμ=μFN計(jì)算.值得注意的是壓力FN應(yīng)當(dāng)由平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律來求，其大小不一定等于物體的重力.下面舉例說明摩擦力大小的求解方法之大不同：

例：如圖所示，水平面上有一重為40 N的物體，受到F1=13 N和F2=6 N的水平力作用而保持靜止.已知物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，求：

（1）物體所受的摩擦力的大小與方向.

（2）若只將F1撤去，物體受到的摩擦力的大小和方向.

（3）若撤去的力不是F1而是F2，則物體受到的摩擦力的大小、方向又如何？

【解析】 （1）設(shè)物體相對(duì)地面靜止，則有

F1=F2+Ff，得Ff=7 N

而fm=μFN=μmg=8 N>Ff

故物體沒動(dòng)，受的靜摩擦力為7 N，方向向右.

（2）撤去F1后，F(xiàn)f1=F2=6 N

故物體受靜摩擦力，大小為6 N，方向向左.

（3）撤去F2后，因F1>Ffm，物體將向左運(yùn)動(dòng)，受到滑動(dòng)摩擦力作用Ff2=8 N，方向向右.

四、摩擦力的“作用效果”教學(xué)，理解“阻礙”的涵義很重要

通過以上的闡述，不難發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)的物體可以受到靜摩擦力的作用，靜摩擦力阻礙的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而不是物體的運(yùn)動(dòng)，而且這個(gè)摩擦力還可以是動(dòng)力，如上例當(dāng)中的書；再如：一小物體放在水平圓盤上，隨圓盤繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，小物體受到指向圓心的靜摩擦力作用，這一摩擦力提供了向心力，只改變速度的方向，對(duì)小物體不做功。反之，靜止的物體也可以受到滑動(dòng)摩擦力的作用，如教材中“問題與練習(xí)2（4）瓶子壓著一張紙條，扶住瓶子把紙條抽出”分析瓶子所受摩擦力時(shí)，瓶子雖然是靜止的，但它與紙條之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以瓶子受到的是滑動(dòng)摩擦力，方向與抽出紙條的方向相同，這個(gè)滑動(dòng)摩擦力對(duì)瓶子沒有做功。當(dāng)然，滑動(dòng)摩擦力阻礙的也是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不是物體的運(yùn)動(dòng)，比如：輕放在運(yùn)動(dòng)的水平傳送帶上的物塊，在剛開始的一段時(shí)間內(nèi)，受到與傳送帶運(yùn)動(dòng)方向相同的滑動(dòng)摩擦力作用，此過程中正是滑動(dòng)摩擦力提供了物塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。

總而言之，在摩擦力的教學(xué)中，既要講清摩擦力產(chǎn)生的條件，又要強(qiáng)調(diào)摩擦力有無、方向的判斷，還要讓學(xué)生掌握摩擦力大小的計(jì)算.計(jì)算時(shí)，首先要分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷物體所受的摩擦力是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，然后再進(jìn)行計(jì)算.

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