“靜摩擦力”課堂教學(xué)方式探討

鄔春桂 梁漢金 吳文業(yè)

摘 要：靜摩擦力是高中物理知識(shí)中的難點(diǎn)之一；如何在課堂教學(xué)中突破難點(diǎn)，提高靜摩擦力的課堂教學(xué)效果？許多高中物理教師一直在努力。本文從新課引入、新課教學(xué)、難點(diǎn)突破等方面進(jìn)行一些教學(xué)方式的探討，以期共同提高。

關(guān)鍵詞：靜摩擦力；教學(xué)方式

中圖分類(lèi)號(hào)：g633.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）04-0038-02

受力分析是解決力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵；受力分析時(shí)，經(jīng)常遇到對(duì)靜摩擦力的分析。而靜摩擦力的大小及方向的確定是高中階段學(xué)生見(jiàn)到的常見(jiàn)力中較難的。也是高中物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。為突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，筆者對(duì)“靜摩擦力”的課堂教學(xué)方式進(jìn)行一些探討。

一、新課引入方式

1.以問(wèn)題方式引入

提出以下問(wèn)題供學(xué)生思考：（1）靜摩擦力的概念是什么？方向如何確定？表達(dá)式中關(guān)鍵字及其含義是什么？（2）受靜摩擦力作用的物體一定靜止嗎？舉例說(shuō)明。（3）產(chǎn)生靜摩擦力的條件如何？（4）靜摩擦力有最大值嗎？它的大小如何確定？

通過(guò)看書(shū)和對(duì)以上問(wèn)題的思考，學(xué)生粗略知道這一節(jié)課內(nèi)容哪些地方難懂，上課時(shí)需要特別留心聽(tīng)講，課后注意復(fù)習(xí)并有針對(duì)性地進(jìn)行訓(xùn)練，做到心中有數(shù)。

2.分析生活實(shí)例引入

引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中找出靜摩擦力有關(guān)的例子，進(jìn)行分析。

例如，（1）人走路時(shí)與地面之間有靜摩擦力，否則人不能向前進(jìn)。（2）手握玻璃瓶子不會(huì)掉，是因?yàn)槠孔邮艿绞謱?duì)它向上的靜摩擦力的作用。（3）用水平力推桌子時(shí)，桌子為什么沒(méi)有向前運(yùn)動(dòng)？是因?yàn)樽雷优c地面有靜摩擦力的作用。通過(guò)實(shí)例分析，學(xué)生感受到靜摩擦力就在身邊，對(duì)靜摩擦力有一種親切感，消除了對(duì)此知識(shí)的陌生感。

二、新課教學(xué)方式

1.課堂實(shí)驗(yàn)探究得出靜摩擦力概念、條件及方向

為了深入研究靜摩擦力，課前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材，課堂上安排學(xué)生獨(dú)立完成以下兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：

（1）毛刷實(shí)驗(yàn)：將一長(zhǎng)毛刷固定在一木塊下表面，在木塊右側(cè)裝一掛鉤；同時(shí)將砂紙鋪在桌面上，以增加摩擦力。提醒每個(gè)學(xué)生一邊實(shí)驗(yàn)一邊觀察毛刷的變化情況。把木塊和毛刷一起放在砂紙上，毛刷與砂紙相接觸，用彈簧秤沿水平方向拉木塊，保持其不發(fā)生移動(dòng)，同學(xué)們立即看到刷毛偏移的方向。根據(jù)力的作用效果，學(xué)生很容易分析出使刷毛發(fā)生形變的力就是靜摩擦力。學(xué)生清楚地“看到”了靜摩擦力的存在，易于理解。

（2）手壓桌面推拉實(shí)驗(yàn)

學(xué)生在毛刷實(shí)驗(yàn)中“看到”靜摩擦力確實(shí)存在，但感受不夠深刻。筆者接著讓學(xué)生做手壓桌面推拉實(shí)驗(yàn)：把一只手放在水平桌面上用力壓桌面的同時(shí)推或拉（但要保持手與桌面相對(duì)靜止）。這時(shí)，學(xué)生就會(huì)強(qiáng)烈感覺(jué)到靜摩擦力的存在。并且認(rèn)識(shí)到用力推（拉）手時(shí)感覺(jué)到有一個(gè)力阻礙手運(yùn)動(dòng)，這個(gè)力的方向跟推（拉）手的方向相反。故靜摩擦力的方向應(yīng)該與接觸面相切，與物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，效果明顯，深受學(xué)生的喜愛(ài)。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生對(duì)靜摩擦力的認(rèn)識(shí)比較深刻。此時(shí)老師把握機(jī)會(huì)及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)，得出靜摩擦力的概念、產(chǎn)生條件及方向。

2.利用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行靜摩擦力大小的教學(xué)

請(qǐng)先觀察以下實(shí)驗(yàn)：

演示1：靜止在粗糙的水平面上的物體，它的受力怎么樣？

結(jié)論：物體受到豎直向下的重力和豎直向上的支持力，不受靜摩擦力。

演示2：用彈簧秤水平慢慢拉物體，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)。指導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察彈簧秤示數(shù)變化：從零開(kāi)始增大到某一數(shù)值之前，物體保持靜止，當(dāng)彈簧秤示數(shù)等于某個(gè)值時(shí)物體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；物體運(yùn)動(dòng)后彈簧秤數(shù)值減小一些。用不同質(zhì)量物體重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

結(jié)論：用彈簧秤拉物體，物體靜止時(shí)受到的力有四個(gè)，即重力、支持力、彈簧秤對(duì)物體的拉力、靜摩擦力。其中靜摩擦力方向跟物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反（即跟拉力的方向相反）。從二力平衡知道，當(dāng)拉力增大，靜摩擦力（f靜）也增大。這說(shuō)明，靜摩擦力的大小是變化的。從實(shí)驗(yàn)可看出，當(dāng)拉力增大到某一值，物體從原來(lái)靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，彈簧秤讀數(shù)也隨即減小。因此靜摩擦力有最大值（fMAX）。故此，靜摩擦力的大小為0≤f靜≤fMAX。

三、通過(guò)案例分析方式對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行歸納

剛接觸靜摩擦力的學(xué)生往往對(duì)判斷靜摩擦力的方向感到困難，可通過(guò)對(duì)案例分析歸納出判斷靜摩擦力方向的常用方法

（1）假設(shè)法。我們可假設(shè)接觸面是光滑的，判斷物體將向哪個(gè)方向滑動(dòng)，從而確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，進(jìn)而判斷出靜摩擦力的方向。

如圖1所示，物體A靜止在斜面B上，要判斷A所受靜摩擦力的方向，可設(shè)斜面光滑，則物體將沿斜面下滑，說(shuō)明物體靜止在斜面上時(shí)有相對(duì)斜面下滑的趨勢(shì)，從而判定A所受的靜摩擦力方向沿斜面向上。

（2）根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷如圖2所示，在拉力F作用下，A、B一起在水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)。對(duì)A來(lái)說(shuō)，它在水平方向受到向右的拉力F而處于平衡狀態(tài)。

根據(jù)平衡條件知，A必然受沿A、B接觸面向左的靜摩擦力作用。A、B接觸面上，B受到向右的靜摩擦力作用。這也說(shuō)明了，受靜摩擦力作用的物體不一定靜止。

四、通過(guò)課堂練習(xí)方式鞏固知識(shí)

為了鞏固這節(jié)課的基礎(chǔ)知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)本節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的訓(xùn)練，精選有代表性的習(xí)題，讓學(xué)生堂上練習(xí)、交流與討論。老師隨堂觀察，物色“小先生”。待學(xué)生完成練習(xí)，請(qǐng)“小先生”跟同學(xué)們分析每一題的解答思路，最后由老師點(diǎn)評(píng)。

（1）皮帶運(yùn)輸機(jī)把貨物由低處送到高處（貨物相對(duì)于皮帶靜止）試分析此時(shí)貨物相對(duì)于皮帶的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向和所受靜摩擦力的方向。

分析：若貨物與皮帶的接觸面是光滑的，那么當(dāng)把貨物放在皮帶上時(shí)貨物將向下滑動(dòng)而無(wú)法向上運(yùn)動(dòng)，即貨物相對(duì)皮帶的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向向下。由于靜摩擦力方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，所以貨物受到的靜摩擦力方向沿皮帶向上。

（2）木塊放在水平面上，用同樣大小的外力F，先自左向右推，后自右向左推，木塊均保持靜止。問(wèn)：（1）前后兩次推木塊，木塊受到的靜摩擦力是否相同？（2）若將外力F增大至10N，木塊恰能滑動(dòng)，則木塊與水平面間的靜摩擦力的取值范圍是多少？

分析：前后兩次推木塊，木塊未能運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明木塊受到摩擦力的作用且大小與外力F相等，方向相反。甲圖中外力F自左向右推木塊，使木塊有一自左向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，故應(yīng)自右向左。同理，乙圖中的靜摩擦力大小等于外力F，方向應(yīng)自左向右。可見(jiàn)，兩次以同樣大小的外力F推木塊，木塊受到的靜摩擦力大小相等，但方向相反，故前后兩次木塊受到的靜摩擦力不相同。木塊與水平面間的靜摩擦力的取值范圍是0到10N。

（3）如圖，位于斜面上的物塊M在沿斜面向上的力F作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，試分析斜面對(duì)物體的靜摩擦力方向如何？

設(shè)斜面光滑，物體相對(duì)斜面的運(yùn)動(dòng)情況有三種可能：若推力F較小，物體有沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；若推力F大小適宜，物體無(wú)滑動(dòng)的趨勢(shì)，物體仍保持靜止；若推力F較大，物體有沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。因此，相應(yīng)的物體與受斜面的靜摩擦力的方向也有三種可能：沿斜面向上；不受靜摩擦力；沿斜面向下。

實(shí)踐證明，關(guān)于“靜摩擦力”的教學(xué)，采取上述的方式，可調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的，取得很好的教學(xué)效果。

（作者單位：廣東省恩平第一中學(xué)）

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