王明超
(山東省淄博市第十一中學(xué))
高中物理摩擦力教學(xué)的幾點(diǎn)建議
王明超
(山東省淄博市第十一中學(xué))
摩擦力是三類常見性質(zhì)力中理解難度最大、命題考查頻率最高的一類力,在很多綜合性的題目中也有對(duì)摩擦力的考查,因此,弄清楚有關(guān)摩擦力的概念和內(nèi)涵非常重要。
摩擦力;相對(duì)運(yùn)動(dòng);相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)
關(guān)于摩擦力的內(nèi)容是在高一上學(xué)期學(xué)到的,在關(guān)于摩擦力的課堂教學(xué)中,筆者有以下幾點(diǎn)建議:
人教版《物理(必修一)》中對(duì)摩擦力的定義是:“兩個(gè)相互接觸的兩個(gè)物體,當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí),會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力,這種力叫做摩擦力。”上課時(shí),需要向?qū)W生闡明三點(diǎn):第一,需要向?qū)W生說明彈力與摩擦力存在的關(guān)系。定義中包含產(chǎn)生摩擦力的條件:兩物體直接接觸、有彈性形變、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及接觸面不光滑。前兩條是產(chǎn)生彈力的條件,因此需要向?qū)W生說明彈力和摩擦力存在的關(guān)系:有彈力不一定有摩擦力,有摩擦力一定有彈力;存在彈力是產(chǎn)生摩擦力的一個(gè)必要條件,有彈力不一定有摩擦力,但沒有彈力一定沒有摩擦力。第二,要說明“相對(duì)”的含義。一般的運(yùn)動(dòng)沒有特別說明,都是以地面為參考系。為什么這個(gè)地方要有“相對(duì)”兩字呢?此處特指“直接接觸的兩個(gè)物體”相互參考,而不是參考其他物體。第三,動(dòng)摩擦力是阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力,靜摩擦力阻礙的是物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)嗎?筆者覺得對(duì)靜摩擦力的定義有點(diǎn)不準(zhǔn)確。正是因?yàn)槲矬w間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),才有的靜摩擦力,如果摩擦力阻礙了物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)了,那樣也就沒有靜摩擦力了。筆者認(rèn)為,阻礙的應(yīng)當(dāng)是“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生”,而不是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。
靜摩擦力的方向是平行于接觸面與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反,所以,確定物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向非常關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)就是一種要向什么方向發(fā)生運(yùn)動(dòng)的傾向,需要學(xué)生自己去體會(huì)。比如一個(gè)人在水平面上正常走路時(shí),人的身體雖然相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的,但與地面接觸的腳掌與地面卻是相對(duì)靜止的,故人受到的是靜摩擦力。前腳和后腳受到的靜摩擦力的方向一樣嗎?后腳相對(duì)于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),受到的摩擦力向前,而前腳有向前的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(相對(duì)于地面),受到的摩擦力向后。而學(xué)生缺乏生活中的體驗(yàn),理解時(shí)有一定的難度,可以設(shè)想放一塊西瓜皮在腳下,體會(huì)腳的滑動(dòng)方向,借此感受正常時(shí)腳的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。動(dòng)摩擦力的方向相對(duì)較容易一些,只要能明確相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向就可以了。關(guān)于摩擦力的大小,在很多題目的求解中,學(xué)生出錯(cuò)的原因不是記不住公式和方法,而是沒有弄清楚是什么摩擦力。靜摩擦力的求解一般利用二力平衡或牛頓第二定律來求,最大靜摩擦力約等于滑動(dòng)摩擦力時(shí),才用公式算一下;動(dòng)摩擦力一般利用公式f=滋N(yùn)來求。還要注意摩擦力與物體間壓力的關(guān)系:一般靜摩擦力的大小與物體間的壓力大小無關(guān),但最大靜摩擦力與物體間的壓力成正比,動(dòng)摩擦力大小與壓力大小成正比。
摩擦力,既可指動(dòng)摩擦力,也可指靜摩擦力,由于生活經(jīng)驗(yàn)的積累和認(rèn)知不足,大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)為摩擦力一定是阻力,總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)或發(fā)生運(yùn)動(dòng)。真的是這樣嗎?不是的。摩擦力的方向是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反,作用效果自然是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生,不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)。例如,集裝箱內(nèi)的貨物,在汽車加速起動(dòng)時(shí),貨物相對(duì)于車廂有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),受到的靜摩擦力向前,與貨物的運(yùn)動(dòng)方向相同,是動(dòng)力;剎車時(shí),貨物相對(duì)于車廂有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),受到向后的靜摩擦力,是阻力。摩擦力是動(dòng)力還是阻力取決于它的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向是相同(或成銳角)還是相反(或成鈍角),前者是動(dòng)力,后者是阻力,與其他因素?zé)o關(guān)。
第一,分不清摩擦力是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力,有同學(xué)總是覺得:運(yùn)動(dòng)的物體受到的摩擦力就是動(dòng)摩擦力,靜止的物體受到的摩擦力就是靜摩擦力。產(chǎn)生這種認(rèn)識(shí)的根源還是沒有真正理解“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”與“運(yùn)動(dòng)”的區(qū)別。動(dòng)摩擦力實(shí)際上就是產(chǎn)生在“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的物體之間的摩擦力,“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的物體不一定真“運(yùn)動(dòng)”;靜摩擦力也就是產(chǎn)生在“相對(duì)靜止”的兩個(gè)物體之間的摩擦力,“相對(duì)靜止”的物體也不一定真“靜止”。也就是說,運(yùn)動(dòng)的物體也可以受靜摩擦力的作用,靜止的物體也可以受到動(dòng)摩擦力的作用。例如,隨傳送帶從低處上升到高處的貨物,在上升的過程中,貨物與傳送帶“相對(duì)靜止”,但它是運(yùn)動(dòng)的,受到靜摩擦力的作用;在桌面上滑動(dòng)某一物體,桌子是靜止的,但與物體卻是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的,桌子受到的摩擦力為動(dòng)摩擦力??傊?,是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力取決于兩個(gè)物體是相對(duì)靜止還是相對(duì)運(yùn)動(dòng),而不是運(yùn)動(dòng)或靜止。
第二,求摩擦力大小的方法。一定要先確定是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力,主要判斷摩擦力是發(fā)生在兩個(gè)“相對(duì)靜止”的物體之間還是兩個(gè)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的物體之間。然后再求大小,靜摩擦力一般依據(jù)二力平衡,動(dòng)摩擦力利用公式來求。還有關(guān)于靜摩擦力的兩點(diǎn)需要說明:一是靜摩擦力是一種“被迫力”,原因是它的大小和方向會(huì)隨著物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向和強(qiáng)弱的變化而瞬間變化,當(dāng)然都在最大靜摩擦力的范圍以內(nèi)。二是一般摩擦力大小與壓力無關(guān),最大靜摩擦力與壓力成正比。
第三,兩物體間的最大靜摩擦力。最大靜摩擦力是兩物體間靜摩擦力的最大值,與物體間的正壓力成正比,與物體間的靜摩擦因數(shù)成正比。對(duì)此,不要求學(xué)生進(jìn)行定量計(jì)算,能定性理解即可。正常情況下,最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力稍大一點(diǎn),沒有特別說明,我們可以認(rèn)為最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力近似相等。
學(xué)無止境,氣有浩然,愿這幾點(diǎn)建議能對(duì)高中的老師和同學(xué)有所幫助。
[1]阿卜杜熱伊木·如則.淺談讓學(xué)生掌握摩擦力概念特點(diǎn)的有效方法[J].新課程學(xué)習(xí)(下旬),2013.
[2]禇松華.摩擦力教學(xué)的幾點(diǎn)建議[J].物理教學(xué),1980(3).
·編輯薄躍華