高中物理摩擦力問題的解決策略

摘 要：力學(xué)是高中物理知識體系的重要構(gòu)成，摩擦力是力學(xué)中研究的重要對象.高中物理中有關(guān)摩擦力問題的考查較為常見.立足高中物理摩擦力部分教學(xué)實踐，對相關(guān)的摩擦力問題進行整理，提煉出了運用假設(shè)法、圖像（圖示）法、整體與隔離法和極限法四種

解答摩擦力問題的策略，并結(jié)合具體問題展示這些策略的針對性運用，以供參考.

關(guān)鍵詞：高中物理；摩擦力；解決策略

中圖分類號：G632"" 文獻標(biāo)識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2025）04-0116-03

摩擦力產(chǎn)生于兩個物體接觸并擠壓，發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢的情境中[1].摩擦力的產(chǎn)生情境較為復(fù)雜和抽象，是學(xué)生高中物理學(xué)習(xí)的難點.不少學(xué)生在解答摩擦力問題時沒有思路，不知道如何突破，導(dǎo)致高中物理學(xué)習(xí)成績提升緩慢，影響學(xué)習(xí)的自信心.針對這一情況，教師應(yīng)注重傳授解決摩擦力問題的常用策略，促進學(xué)生對摩擦力問題解題能力的提升.

1 假設(shè)法

假設(shè)法是一種常用的推理方法，用于檢驗?zāi)骋磺榫呈欠穹蠈嶋H.在解決高中物理摩擦力問題時，如判斷物體是否受到摩擦力或者不明確摩擦力的方向時，可以先假設(shè)一種可能性，而后

對物體進行受力分析，結(jié)合物體的受力情況以及所處的狀態(tài)，判斷是否符合實際，

以此來反推假設(shè)正確與否.

例1 如圖1，一傾角分別為53°和37°的直角斜面放置在水平面上.使用不可伸長的細線將質(zhì)量均為m的滑塊A和B連接在一起，經(jīng)過直角處的光滑定滑輪置于兩側(cè)，細線和兩斜面均平行.其中滑塊A和斜面的動摩擦因數(shù)為0.5，滑塊B光滑.起初用手按住滑塊A使兩滑塊靜止，則松手后（整個過程斜面體保持靜止不動，最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等）（" ）.

A.兩滑塊均靜止不動

B.滑塊A沿斜面向下加速運動

C.地面受到方向向左的摩擦力

D.地面受到方向向右的摩擦力

解析 松手后由于滑塊B是光滑的，不受摩擦力作用，因此，其重力沿著斜面的分力必然會給細繩產(chǎn)生拉伸的作用.根據(jù)細繩可以傳遞力的這一特性，可以得出滑塊A受到細繩的拉的作用.但是由于滑塊A受到摩擦力的方向和大小并不確定，可以采用假設(shè)法進行受力分析，根據(jù)假設(shè)、推理得出的結(jié)果做出判斷.

假設(shè)松手后兩滑塊均保持靜止，對滑塊B進行受力分析，設(shè)受到細線的拉力為FT，在沿斜面方向受力平衡，得到FT=mgsin37°；對滑塊A進行受力分析，沿斜面方向受到重力沿斜面的分力mgsin53°、繩子的拉力FT和摩擦力f，三力平衡，由于mgsin53°=0.8mg，F(xiàn)T=mgsin37°=0.6mg，則滑塊A受到的靜摩擦力f=0.8mg-0.6mg=0.2mg.滑塊A受到的最大靜摩擦力fmax=μmgcos53°=0.3mg，flt;fmax，表明滑塊A處于靜止?fàn)顟B(tài)，假設(shè)成立.從整體來看，直角斜面在水平方向上不受力，不會受到地面的摩擦力.所以A項正確.

2 圖像法

物理學(xué)科中對物體受力以及運動狀態(tài)的描述，除運用文字、數(shù)據(jù)等外，還可以運用圖像[2].通過給圖像的坐標(biāo)軸賦予不同的含義，運用圖像可以更為直觀地對物體的相關(guān)參數(shù)及其之間的關(guān)系進行展現(xiàn).正因如此，圖像法成為分析、解決物理問題的重要方法之一.在解答高中物理摩擦力問題時，教師應(yīng)通過引導(dǎo)，提高學(xué)生運用圖像法解題的意識，如從圖像視角進行摩擦力基礎(chǔ)知識的講解，圍繞習(xí)題與學(xué)生一起分析、搭建物理與數(shù)學(xué)知識間的橋梁，從圖像中探尋解決物理問題的突破口，使學(xué)生感受運用圖像法解題的過程以及便利之處，獲得運用圖像法解題的經(jīng)驗與技能.

解析 解答該題在于能夠讀懂圖像，根據(jù)題意尋找出臨界條件.觀察所給圖像可以看到平板傾角為q時半球所受平板的摩擦力發(fā)生突變.據(jù)此，對半球進行受力分析，聯(lián)系數(shù)學(xué)知識，結(jié)合對應(yīng)的圖像做出判斷.

3 整體與隔離法

物理學(xué)科研究的對象較多，既有單一的物體，也有相互連接的物體組成的整體.對于一個整體，看似較為復(fù)雜，各構(gòu)成部分受力情況各有不同，但是各個構(gòu)成部分的狀態(tài)往往與整體的狀態(tài)是一致的.認識到這一點，分析高中物理摩擦力問題就有了明確的思路，即根據(jù)需要

研究整體的受力情況，并通過隔離研究構(gòu)成部分的受力情況，以達到順利解題的目的.這種分析問題的方法就是整體與隔離法.

例3 如圖4所示，物塊A、B的質(zhì)量分別為2 kg、0.5 kg，通過和地面平行的細線相連接，細線伸長且無張力.兩個物塊和地面的動摩擦因數(shù)均為0.5.現(xiàn)在使用一大小為3 N，水平向右的力F拉物塊B.重力加速度g為10 m/s2，最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等，則（" ）.

A.兩物塊一起向右做勻加速直線運動B.細線上的拉力大小為0.5 N

C.物塊A和地面間的摩擦力大小為3 N

D.物塊A和地面間的摩擦力大小為0.6 N

解析 物塊A、B通過細線連接，構(gòu)成一個整體，解題時可以采用整體法比較系統(tǒng)的最大靜摩擦力大小和F的大小關(guān)系，以判斷兩個物塊是否運動.依據(jù)得出結(jié)論，采用隔離法分別對物塊B和物塊A進行受力分析，問題便迎刃而解.

由f=μ（mA+mB）g=0.5×2.5 kg×10 m/s2=12.5 Ngt;3N，兩個物塊均靜止.而后將物塊B隔離出來進行分析，fB=μmBg=0.5×0.5kg×10m/s2=2.5Nlt;3N，表明物塊B受到細繩向左的拉力T=F-fB=3N-2.5N=0.5N.由于物塊A靜止，其受到細繩向右大小為0.5 N的拉力，因此，物塊A受到的摩擦力方向向左，大小為0.5 N.所以選擇B項正確.

4 極限法

極限法在物理學(xué)科中有著廣泛的應(yīng)用，通過極端考慮事物的狀態(tài)，達到揭示潛在規(guī)律，順利解決問題的目的[3].高中物理摩擦力問題較為抽象，采用極限法進行分析往往可以事半功倍.

教學(xué)中，教師應(yīng)注重為學(xué)生介紹極限法，使學(xué)生掌握運用極限法分析問題的精髓.同時，依托具體的摩擦力問題情境，進行極限法運用的解題展示，使學(xué)生通過觀察、總結(jié)、反思，真正地理解和掌握.

例4 如圖5，在粗糙水平面上靜止放置質(zhì)量均為m的小物塊A、B，兩物塊與地面的動摩擦因數(shù)相同.夾角為α的兩根等長輕桿一端通過光滑鉸鏈連接在O處，另一端分別通過光滑鉸鏈和小物塊A、B相連.在O處施加豎直向下的壓力.物塊受到的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.

（1）兩物塊與水平面的動摩擦因數(shù)為μ，在O處施加的壓力大小為F時，求物塊A受到地面最大靜摩擦力大小.

（2）若α=74°，無論在O處施加

多大的壓力，均不能使物塊A、B與水平面間發(fā)生相對滑動，求物塊與水平面間動摩擦因數(shù)需要滿足的條件.

解析 通過力的分解明確每個物塊受到的力.同時，根據(jù)要求的問題構(gòu)建對應(yīng)的物理方程，采用極限法考慮對應(yīng)參數(shù)，獲得最終結(jié)果.

5 結(jié)束語

綜上所述，高中物理中摩擦力問題情境較為復(fù)雜，針對不同情境采取針對性的解決策略，可以確保問題成功解決.教學(xué)中，教師應(yīng)注重上述策略的系統(tǒng)講解，使學(xué)生掌握扎實的理論，并積極創(chuàng)設(shè)問題情境，組織學(xué)生進行上述策略的應(yīng)用訓(xùn)練，使學(xué)生在應(yīng)用中獲得深刻的理解，不斷提高應(yīng)用的靈活性.

參考文獻：

［1］何建龍.高中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的策略思考：以“摩擦力”為例[J].高考，2024（18）：105-107.

[2] 龔財.高中物理“摩擦力”問題的幾個復(fù)習(xí)要點[J].數(shù)理天地（高中版），2024（12）：6-7.

[3] 郭強.高中摩擦力教學(xué)難點成因及對策[J].數(shù)理化解題研究，2023（30）：77-79.