摩擦力教學(xué)中難點(diǎn)分析

趙前山

[摘要]新課教學(xué)中，如何突破教學(xué)難點(diǎn)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，尤其是對(duì)年青物理教師而言。本文結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)摩擦力教學(xué)中難點(diǎn)突破作較深入的分析。

[關(guān)鍵詞]摩擦力教學(xué)摩擦力的產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)

[中圖分類(lèi)號(hào)]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058（2015）290049

在探究式教學(xué)理念下，如何有效地突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)，是困擾許多一線(xiàn)青年教師的問(wèn)題，下面以摩擦力教學(xué)為例作些分析說(shuō)明。教學(xué)重點(diǎn)是指教材中最基本、最主要的具有統(tǒng)攝性、概括性，能舉一反三，廣泛遷移的知識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)指的是學(xué)生難于理解和掌握的內(nèi)容，主要是針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)而言的。教師備課時(shí)，只有把握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，才能有效幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)上的障礙，使學(xué)生較好地理解和掌握所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量之目的。

摩擦力是高中物理中非常重要的一種力，也是學(xué)生普遍覺(jué)得不好掌握的一種力。通常固體間的摩擦力分為三種：滑動(dòng)摩擦力，靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力。在高中物理中，通常分析前面兩種。在具體計(jì)算中，只要給定動(dòng)摩擦因數(shù)，滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦的分析計(jì)算法是一樣的。筆者多年的教學(xué)研究表明，總體來(lái)看摩擦力教學(xué)中的難點(diǎn)有：摩擦力產(chǎn)生的條件；靜摩擦力的取值范圍及其最大值；相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向與趨勢(shì)。為了讓學(xué)生更好地理解把握教學(xué)難點(diǎn)，在分析講解后，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合例題作必要的分析說(shuō)明，再讓學(xué)生課后做些練習(xí)。

一、摩擦力教學(xué)中的難點(diǎn)與突破策略

（一）產(chǎn)生摩擦力的條件

1.產(chǎn)生摩擦力的條件的理解把握

兩物體間產(chǎn)生摩擦力的條件是：（1）兩個(gè)物體間的接觸面粗糙；（2）接觸面間有彈力；（3）兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。以上三個(gè)條件必須同時(shí)滿(mǎn)足，缺一不可。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生在分析兩個(gè)物體間是否有摩擦力時(shí)，常常是憑直覺(jué)判斷的，因而導(dǎo)致這樣或那樣的錯(cuò)誤。

為了便于學(xué)生理解把握摩擦力產(chǎn)生的三個(gè)條件，在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意創(chuàng)設(shè)一些必要情景，如用實(shí)驗(yàn)軟件DISLab6.8A設(shè)計(jì)如圖1-3所示的教學(xué)情境，并通過(guò)多媒體展示在大屏幕或電子白板上。

如圖1所示，一物體靜止放在粗糙的水平面上，且壓緊水平面。此時(shí)，被研究的兩物體——地面和靜止物體間的接觸面粗糙，滿(mǎn)足條件（1）；靜止的物體對(duì)地面有壓力，地面對(duì)物體有支持力，接觸面間有彈力，滿(mǎn)足條件（2）。但是力傳感器上是觀察不到示數(shù)的，表明靜止放在粗糙水平面上的物體并沒(méi)有受摩擦力作用，原因是靜止的物體與地面間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。也就是說(shuō)：僅滿(mǎn)足條件（1）、（2），不滿(mǎn)足條件（3），不足以產(chǎn)生摩擦力。

如圖2所示，一物體貼著豎直的粗糙墻面自由下落。此時(shí)，被研究的兩個(gè)物體——墻面和下落的物體，由于墻面粗糙，所以滿(mǎn)足條件（1）；物體沿著墻面自由下落，即物體與墻面間沒(méi)有力的作用，不滿(mǎn)足條件（2）；物體沿墻面下落，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足條件（3）。但是力傳感器沒(méi)有示數(shù)，表明沿墻面自由下落的物體沒(méi)有受摩擦力作用，原因是下落的物體與墻面間沒(méi)有彈力。表明下落的物體與墻面，僅滿(mǎn)足條件（1）、（3），不滿(mǎn)足條件（2），不能產(chǎn)生摩擦力。

如圖3所示，一物體受水平方向上受外力F作用，緊貼著豎直墻面下滑。此時(shí)，被研究的對(duì)象是下滑的物體與墻面，由于墻面粗糙，滿(mǎn)足條件（1）；物體在水平外力F作用下，緊貼著墻，接觸面間有彈力，滿(mǎn)足條件（2）；物體沿墻下滑，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足條件（3）。此時(shí)力傳感器上是可以觀察到示數(shù)的，表明兩個(gè)相互接觸的物體間，只有同時(shí)滿(mǎn)足上述三個(gè)條件才可以產(chǎn)生摩擦力。

2.教學(xué)突破

分梯度設(shè)計(jì)問(wèn)題情境，降低難度，利用軟件輔助和多媒體進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生的觀察變得形象直觀，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）靜摩擦力的取值范圍及其最大值

1.靜摩擦力的取值范圍及最大值的確定

如圖4所示，物體放在粗糙的水平面上，壓緊水平面。逐漸增大拉水平放置的力傳感器的作用力，觀察大屏幕上的力傳感器的示數(shù)，當(dāng)然還可以觀察計(jì)算機(jī)即時(shí)畫(huà)出的圖像。在物體沒(méi)有運(yùn)動(dòng)之前，發(fā)現(xiàn)力傳感器的示數(shù)是隨著水平拉力的增加而變大的，表明靜摩擦力有一定的范圍；從物體沒(méi)有運(yùn)動(dòng)到即將運(yùn)動(dòng)的前后，觀察力傳感器示數(shù)的最大值或圖像的最大值，這個(gè)最大值就是靜摩擦力的最大值，當(dāng)物體沒(méi)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，物體所受的靜摩擦力為零，所以物體的靜摩擦力的取值范圍是0～最大值，即0

2.教學(xué)突破

利用力傳感器把微小的不可見(jiàn)的突變過(guò)程，通過(guò)數(shù)字量化出來(lái)，便于說(shuō)明問(wèn)題，讓學(xué)生信服。

（三）正確理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并把握好相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)

1.相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向和趨勢(shì)

相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)初學(xué)者而言，不容易把握，更別說(shuō)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)了。在新課教學(xué)中，可以創(chuàng)設(shè)如下教學(xué)情景，并設(shè)計(jì)一些適當(dāng)?shù)膯?wèn)題引導(dǎo)點(diǎn)撥學(xué)生。

實(shí)物展示，如圖5所示，一把毛刷與靜止的桌面接觸，且有運(yùn)動(dòng)；如圖6所示，兩把毛刷互相咬合，且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，刷毛的形變把相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)和阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的作用夸大地顯示出來(lái)。在實(shí)際教學(xué)中，還可以利用計(jì)算機(jī)軟件，用三維動(dòng)畫(huà)將這個(gè)細(xì)微的變化過(guò)程模擬出來(lái)，幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向和趨勢(shì)?？傊褪前褜W(xué)生看不清、道不明的過(guò)程，通過(guò)多種手段、從多個(gè)角度直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，達(dá)到準(zhǔn)確理解靈活運(yùn)用的目的。

為了更好地讓學(xué)生認(rèn)識(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向（或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向），還可以作如下分析。

如圖7所示，B物體平放在A物體上，A、B兩物體都靜止不動(dòng)。若選擇A為參照物，B物體相對(duì)A的速度等于零，則A、B兩物體無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；同理，選B為參照物，結(jié)果也一樣。

如圖8所示，B物體還是水平放在A物體上，且都分別以各自的速度向右運(yùn)動(dòng)。

若vA=vB，二者相對(duì)靜止，選擇A為參照物，B相對(duì)A的速度等于零，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；同理，選擇B為參照物也一樣。

若vA

若vA>vB，選擇A為參照物，B相對(duì)A的速度向左，有向左的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向；若選擇B為參照物，A相對(duì)B的速度向右，有向右的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

兩個(gè)靜止的物體，如果疊放在斜面上，可先假設(shè)接觸面是光滑的，通過(guò)兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向就可以知道相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向了。

如圖9所示，某物體放在水平盤(pán)上，隨盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)從位置A運(yùn)動(dòng)到了位置B，如圖10所示。若以盤(pán)的中心O點(diǎn)為參考點(diǎn)，那么物體相對(duì)于盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镃O方向（O為盤(pán)的中心點(diǎn)）；作為拓展和提高部分內(nèi)容，師生可以共同探討，若盤(pán)做變速圓周運(yùn)動(dòng)的話(huà)，不僅存在法向摩擦力，同時(shí)還存在切向的摩擦力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向要用平行四邊形法則來(lái)確定。

由于是新課教學(xué)，在此，不作進(jìn)一步的探討。

2.教學(xué)突破

利用自制教具，模擬動(dòng)畫(huà)，放大微小變化過(guò)程，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，滲透思維方法，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題的本質(zhì)。

（四）滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算

分析計(jì)算摩擦力是運(yùn)用牛頓定律處理許多動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的前提，在具體問(wèn)題的處理中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）公式F=μN(yùn)中的N是兩接觸面間的正壓力，并不總等于物體的重力，不能把公式寫(xiě)成F=μmg；（2）滑動(dòng)摩擦力f，與物體相對(duì)速度大小及接觸面積無(wú)關(guān)；（3）μ是動(dòng)摩擦因數(shù)，無(wú)單位，與接觸面情況和物體材料有關(guān)；（4）滑動(dòng)摩擦力方向始終與接觸面相切，并與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。

【例題】如圖11所示，一個(gè)重為100N的物體，放在水平面上，物體與平面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，試計(jì)算該物體在下列幾種情況下的摩擦力。

（1）物體靜止時(shí)，用F=5N的水平向右的力拉物體；

（2）物體靜止時(shí)，用F=30N的水平向右的力拉物體；

（3）物體以v=15m/s的初速向左運(yùn)動(dòng)，用F=15N的水平向右的力拉物體。

分析與解：由于物體初始刻時(shí)靜止，當(dāng)給物體水平向右的拉力，而物體將動(dòng)不動(dòng)時(shí)，由于物體與水平面間的正壓力N=mg，在此正壓力下，物體有最大靜摩擦力。

一般情況下可以認(rèn)為最大靜摩擦力等于在同樣正壓力條件下的滑動(dòng)摩擦力，本題中，由題意可知。

（1）中，F(xiàn)=5N，由于拉力等于靜摩擦力，所示f=5N，方向向左。

（2）中，由于F=30N>fm，∴物體不可能再靜止，此時(shí)，f=fm=20N，方向水平向左。

（3）中，開(kāi)始時(shí)，物體已滑動(dòng)，雖然加了外力F，但是由滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件仍然可知，方向水平向右。

二、摩擦力教學(xué)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)

第一，課堂教學(xué)應(yīng)從學(xué)生已有的知識(shí)入手，結(jié)合日常生活的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境，運(yùn)用多媒體等教學(xué)手段，使教學(xué)形象化、直觀化，有效轉(zhuǎn)化教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)實(shí)效。

第二，創(chuàng)設(shè)物理情境，設(shè)計(jì)分層遞進(jìn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力。

物理教師的重要工作之一，是讓學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生好奇心和求知欲，進(jìn)而積極努力學(xué)習(xí)物理。教育學(xué)研究表明：任何創(chuàng)新都來(lái)源于問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，是實(shí)施創(chuàng)新教育的重要手段，有效合理的問(wèn)題設(shè)計(jì)有利于學(xué)生把握重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。實(shí)踐證明，在恰當(dāng)?shù)奈锢韱?wèn)題情境中，設(shè)計(jì)分層遞進(jìn)的問(wèn)題，讓不同層次的學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，使這些不同層次的學(xué)生，通過(guò)思考分析，都能基本正確地回答相關(guān)問(wèn)題，讓這些學(xué)生都能體會(huì)成功的喜悅，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性和主動(dòng)性。

第三，運(yùn)用“多媒體”突出重點(diǎn)、分化難點(diǎn)。

物理學(xué)中的許多概念、規(guī)律過(guò)于抽象，讓初次接觸這些概念、規(guī)律的學(xué)生理不清頭緒，因而難以理解把握，如各種力、磁感線(xiàn)等?；橄鬄樾蜗蟆⒅庇^，變不可見(jiàn)為可見(jiàn)，降低學(xué)習(xí)難度，是突破重、難點(diǎn)的關(guān)鍵所在。實(shí)踐證明，運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)軟件設(shè)計(jì)課件，通過(guò)多媒體展示，可收到良好的教學(xué)效果。多媒體以其形象直觀、聲形兼?zhèn)?、表現(xiàn)形式多樣等優(yōu)勢(shì)，能極大地增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和趣味性，使學(xué)生充分理解概念和規(guī)律，能有效突出重點(diǎn)、分化難點(diǎn)。

第四，充分挖掘利用傳統(tǒng)教具。

利用掛圖，實(shí)驗(yàn)器材（包括實(shí)驗(yàn)室和課外購(gòu)買(mǎi)的），自制教具（教師或?qū)W生自制的）等也可以有效地突出重點(diǎn)、分化難點(diǎn)。

（責(zé)任編輯易志毅）