從摩擦力的方向判斷淺談高效課堂

劉彥軍

(山東莒縣第二中學(xué) 276500)

高一物理中摩擦力的學(xué)習(xí)是一大臺階，摩擦力在大小、方向上都是最具有不確定性的，尤其是靜摩擦力的方向.這一節(jié)的內(nèi)容對學(xué)生的思維品質(zhì)有了較高的要求，是從形象思維到抽象思維的要求，是從單因素的簡單邏輯到多因素的復(fù)雜邏輯的要求，實(shí)現(xiàn)思維品質(zhì)的提升，需要教師通過典例進(jìn)行有梯度的逐步引導(dǎo)，在橫向上從平面到斜面拓寬思路，提高分析、歸納、演繹的能力，在縱向上使問題逐步加深，提高學(xué)生判斷和推理的能力，學(xué)生在各種思維的碰撞過程中體會摩擦力大小、方向的判斷和計(jì)算，完成學(xué)習(xí)任務(wù).

例1 木箱靜止在地面上.現(xiàn)用力推木箱，則木箱可能處于什么狀態(tài)？為便于學(xué)生的回答和理解，教師要精確設(shè)計(jì)問題，既能讓學(xué)生與經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，還要用物理思維去思考問題.

若如圖1(1)，木箱仍靜止，則木箱受到與F反方向的靜摩擦力；若如圖1(2)，木箱沿著F方向運(yùn)動，則木箱受到與F反方向的滑動摩擦力.初中就學(xué)到這兒，關(guān)于摩擦力矢量其他更理性、更本質(zhì)的東西就是我們這堂課要解決的內(nèi)容.

一、摩擦力產(chǎn)生的條件

由例1得出的結(jié)論：木箱相對于地面靜止，木箱受地面給予的靜摩擦力；木箱相對于地面運(yùn)動，木箱受地面給予的滑動摩擦力.啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，學(xué)生會舉出好多體會摩擦力的例子：手指摁在課桌上前推，甚至洗澡時(shí)搓身上的泥，學(xué)生的回答會讓你有意外的驚喜.師生共同討論體會摩擦力的同時(shí)，得出摩擦力產(chǎn)生的條件：

物體間接觸、擠壓，是產(chǎn)生彈力的條件，只是從條件上看，物體間有彈力未必有摩擦力，但是物體間有摩擦力則一定有彈力.

二、摩擦力的方向

在圖1中木箱在F作用仍靜止的狀態(tài)下受到的靜摩擦力的描述：物體在力F的作用下有相對沿地面向右運(yùn)動的趨勢，所以地面給木箱一個(gè)沿地面向左的靜摩擦力.在圖2中木箱在F作用運(yùn)動狀態(tài)下受到的滑動摩擦力的描述：物體在力F的作用下相對地面向右運(yùn)動，所以地面給木箱一個(gè)沿地面向左的滑動摩擦力.對摩擦力方向的正確判斷最初來自于領(lǐng)會上面的精確描述，要讓學(xué)生找出摩擦力的施力物體，并找出物體相對于施力物體的運(yùn)動趨勢的方向或相對運(yùn)動的方向.在這里可以得出兩點(diǎn)：①摩擦力的方向與相對運(yùn)動趨勢的方向或相對運(yùn)動的方向相反.②摩擦力的方向平行于接觸面，在同一接觸面上的彈力和摩擦力一定相互垂直.要熟練地正確分析摩擦力，還要對“相對運(yùn)動趨勢的方向”和“相對運(yùn)動的方向”做更深刻的理解.

1.相對運(yùn)動趨勢方向的判斷

相對運(yùn)動趨勢方向就是物體間假設(shè)沒有摩擦?xí)r物體的相對運(yùn)動方向.從教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，相對運(yùn)動趨勢的方向如果不這樣點(diǎn)破，在以后解決問題的關(guān)鍵時(shí)刻，學(xué)生容易進(jìn)入誤區(qū).

例2 對靜止在斜面的物體進(jìn)行受力分析

物體由于受重力作用而產(chǎn)生沿斜面向下運(yùn)動的趨勢(沒有摩擦，物體將沿斜面下滑)，斜面給物體以沿斜面向上的靜摩擦力，阻礙物體相對于斜面向下運(yùn)動.在這里要鍛煉學(xué)生組織語言闡述產(chǎn)生摩擦力的能力，使學(xué)生深刻記住“相對”二字.分析完重力和彈力，就要特別說明物體受這兩個(gè)力不可能靜止在斜面上，開始把受力分析和物體的狀態(tài)相結(jié)合，有利于檢驗(yàn)受力分析結(jié)果的正確性.

在例2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的探討：若物體受到沿斜面向上的拉力，再分析物體受到的摩擦力.F足夠小，物體會仍有沿斜面向下運(yùn)動的趨勢，斜面給物體沿斜面向上的靜摩擦力，如圖2(2)；F足夠大，物體會有沿斜面向上運(yùn)動的趨勢，斜面給物體沿斜面向下的靜摩擦力，如圖2(3)；進(jìn)一步分析，則物體與斜面間的摩擦力可能為零.通過分析發(fā)現(xiàn)：物體間靜摩擦力的大小和方向都有可能發(fā)生變化.本題一定和生活經(jīng)驗(yàn)想聯(lián)系，建議受力分析時(shí)按先重(力)后彈(力)再摩擦(力)的順序，尤其靜摩擦力，一定要最后分析.

例3 物體與傾斜的傳送帶一起(相對靜止)勻速運(yùn)動物體相對于傳送帶靜止，由于受重力有相對于傳送帶向下運(yùn)動的趨勢，所以傳送帶給物體一個(gè)沿傳送帶向上的靜摩擦力，如圖3，物體受力平衡.由此例可以看出，運(yùn)動的物體也可以受到靜摩擦力.以傳送帶為參照物，物體是靜止的，但是以地面為參照物，物體是運(yùn)動的，靜摩擦力阻礙了物體相對于傳送帶的運(yùn)動，但是物體運(yùn)動(參照物為地面)的動力.

2.相對運(yùn)動方向的判斷

例4 如圖4(1)A、B疊放在一起，A用繩子與墻連在一起，用力F將B從A下面抽出，請對B抽出過程中的兩物體受力分析.

A靜止，除了受重力和支持力外，因其相對于B向左運(yùn)動，所以B給A一個(gè)向右的滑動摩擦力Fu，因?yàn)锳受到向右的滑動摩擦力，所以繩子張緊，給A向左的拉力F.從A的受力可看出靜止的物體可以受滑動摩擦力.B除了受重力和地面給的支持例外，還受到A給予的壓力，A給B水平向左的滑動摩擦力Fu和地面給B的滑動摩擦力Fu′.A、B受力個(gè)數(shù)與B是否勻速抽出無關(guān).引導(dǎo)學(xué)生按先重后彈再摩擦的順序受力分析，養(yǎng)成良好的習(xí)慣.

3.深刻理解“相對運(yùn)動方向”和“運(yùn)動方向”

例5 如圖5(1)，課本靜止在桌面上，將橡皮放在上面，用力拉課本，試分析課本和橡皮可能的運(yùn)動狀態(tài)及其受力情況.

若A、B一起向右勻加速運(yùn)動，B在力F的作用下加速，而A由于具有慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)，故相對于B有向左運(yùn)動的趨勢，B給A一個(gè)水平向右的靜摩擦力Ff，A受力如圖5(2).B除了受重力和彈力外，首先考慮A給它的反作用力Ff′，再考慮地面給它的滑動摩擦力，B受力如圖5(3).若A相對于B向左滑動，則需將5(2)和5(3)中的Ff和Ff′改成Fu和Fu′，因?yàn)锳、B已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動，摩擦力為滑動摩擦力.就A而言，無論Ff還是Fu都是A相對于B相對運(yùn)動的阻力，卻是A相對于地面運(yùn)動的動力.

摩擦力的方向“與相對運(yùn)動趨勢的方向或相對運(yùn)動的方向相反”，不對這句話進(jìn)行深刻的剖析，學(xué)生在判斷摩擦力方向時(shí)，大部分通過做題經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，這樣降低了學(xué)習(xí)效率，更容易使學(xué)生產(chǎn)生厭倦情緒，不利于學(xué)生學(xué)習(xí).本文的五個(gè)例題，很好的詮釋了摩擦力方向的判斷和討論：①摩擦力的方向平行于接觸面，與相對運(yùn)動趨勢的方向或相對運(yùn)動的方向相反.②靜止的物體可能受到滑動摩擦力，運(yùn)動的物體也可能受到靜摩擦力.③摩擦力一定阻礙物體間的相對運(yùn)動，但可能是物體運(yùn)動的動力.典例很好的幫助學(xué)生對摩擦力方向的理解，在教學(xué)中取得良好的效果，學(xué)生在做題時(shí)能在課堂例題中找到線索和依據(jù)，便于學(xué)生解決問題.