高中物理“摩擦力突變問題”的多維度設(shè)計(jì)

摘 要：摩擦力是力學(xué)知識(shí)中的重點(diǎn)，也是高中物理的教學(xué)重難點(diǎn)，學(xué)生在解題的過程中經(jīng)常感到吃力。本文將其突變問題分為幾個(gè)常見種類，并從中找到解決問題的方法，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)摩擦力;靜摩擦力;突變

中圖分類號：G427文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號：2095-624X（2019）41-0067-02

引言

在最近幾年的高考中，摩擦力是一項(xiàng)必考的內(nèi)容，關(guān)于摩擦力的突變問題更是常常出現(xiàn)，并且其種類極為多樣，常有關(guān)于該項(xiàng)作用力方向與大小的突變內(nèi)容。通常情況下，突變就是物體從一種狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變成另一個(gè)狀態(tài)，在較短的時(shí)間內(nèi)變化的一個(gè)重要過程。當(dāng)物體在運(yùn)動(dòng)或者受力出現(xiàn)變化時(shí)，該項(xiàng)作用力就經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突變問題，進(jìn)而使物體本身的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及受力狀況受到影響。在突變的位置上一般包含非常大的隱含性，學(xué)生在解題的過程中經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此，教師必須加大對該問題的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、“靜——?jiǎng)印?/p>

這類情況通常是物體在摩擦力和其他作用力之下處于靜止的狀態(tài)中，一旦其他的力有所改變，倘若該物體無法保持最基本的靜止，那么其本身所受到的靜摩擦力就會(huì)出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力[1]。

例1：如圖1，一個(gè)長長的平面上放了一個(gè)木塊，最初，該平面處于水平狀態(tài)，現(xiàn)在讓木板從原先的位置開始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是其夾角α漸漸變大，木板的另外一端始終保持不變，那么木塊受到的摩擦力f隨著α的改變而發(fā)生的改變應(yīng)該屬于圖2中的（ ）。

解析：木塊受到的該項(xiàng)作用力及相應(yīng)的變化情況主要有五種。

第一，木板最開始處于水平位置時(shí)，α=0，所以這時(shí)候木塊是不受摩擦力影響的。

第二，當(dāng)把木板開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這時(shí)候木塊本身受到的該項(xiàng)作用力F靜：在最開始時(shí)，它相對木板是靜止的，因此它受到的就是靜摩擦力;當(dāng)它慢慢開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就可以將它看作處在平衡狀態(tài)中，從其基本的平衡關(guān)系中能夠得到，靜摩擦力與木塊重力沿著斜面向下的分力，即F靜=mgsinα，會(huì)隨著α的增大而不斷增大，整體屬于正弦規(guī)律變化，因此圖像應(yīng)該是正弦曲線的函數(shù)圖像。

第三，在木塊將要滑動(dòng)但是還沒有滑動(dòng)時(shí)，F(xiàn)靜就會(huì)達(dá)到最大，當(dāng)α開始不斷變大時(shí)，木塊就會(huì)馬上滑動(dòng)起來，這時(shí)候靜摩擦力就會(huì)變成動(dòng)摩擦力，同時(shí)滿足F靜m>F動(dòng)。

第四，在滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)之后，F(xiàn)滑=μmgcosα，所以這時(shí)候滑動(dòng)摩擦力就會(huì)隨著α的變大而降低，就和余弦規(guī)律變化情況相一致，那么最終的圖像就是余弦的函數(shù)圖像。

第五，α=π/2，F(xiàn)靜=0。

所以C答案是正確的。

二、“動(dòng)——靜”

這種情況是在受到摩擦力及其他力的影響之下，那些一直不斷減速的物體馬上終止滑行，那么它就不會(huì)再受到該作用力的影響，或者是直接變成了靜摩擦力。

例2：如圖3，將一個(gè)重為G的物體，使用水平推力F=kt（k是恒量，t是時(shí)間）壓在一個(gè)平面上，那么從k=0開始時(shí)它受到的摩擦力隨著t的變化而變化，其關(guān)系應(yīng)該是圖4中的（ ）。

解析：

第一，因?yàn)樗艿降乃酵屏κ荈=kt，當(dāng)t=0時(shí)，水平推力F=0，這時(shí)候它受到的滑動(dòng)摩擦力就是0。當(dāng)F比較小的時(shí)候，它受到的Ff小于物體本身的重力G，當(dāng)物體開始沿著墻面向下滑動(dòng)時(shí)，這時(shí)所產(chǎn)生的就是滑動(dòng)摩擦力。

第二，當(dāng)其壓力F一直變大時(shí)，物體本身受到的滑動(dòng)摩擦力Ff就會(huì)相應(yīng)變大，當(dāng)其最終與重力G相等時(shí)，因?yàn)閼T性的存在，所以它是無法馬上終止運(yùn)動(dòng)的，這時(shí)它所受到的摩擦力依然是滑動(dòng)摩擦力。

第三，當(dāng)t不斷變大時(shí)，推力F在不斷變大，當(dāng)Ff>G，物體一直做減速運(yùn)動(dòng)直到停止，這時(shí)候會(huì)突變成靜摩擦力，它和正壓力之間并沒有過大的關(guān)系，由于它是處在靜止?fàn)顟B(tài)的，也就是不管推力怎么變大，也不會(huì)給靜摩擦力帶來影響，所以這時(shí)候靜摩擦力與重力G是相等的，因此正確答案是B。

三、“動(dòng)——?jiǎng)印?/p>

這種情況主要是摩擦力和其他力處在運(yùn)動(dòng)過程中，而滑動(dòng)摩擦力則在產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)的物體當(dāng)中，當(dāng)其速度相同時(shí)，物體本身受到的滑動(dòng)摩擦力的方向和大小都會(huì)出現(xiàn)突變，這種問題通常出現(xiàn)在傳送帶模型中，在具體解題過程中往往需要和加速度等物理量聯(lián)系在一起[2]。

結(jié)語

總的來說，摩擦力的突變問題是高中物理教學(xué)的重難點(diǎn)，各種物理量會(huì)在一瞬間產(chǎn)生變化，學(xué)生在解題過程中通常難以捕捉到這些，所以教師在教學(xué)過程中要從多個(gè)維度對其突變問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)整合，而且可以提高學(xué)生解決問題的能力，進(jìn)而提高他們的學(xué)習(xí)效率。

[參考文獻(xiàn)]

趙會(huì)明.摩擦力問題的分類處理[J].中學(xué)物理，2017，35（02）：49-51.

孫飛.摩擦力的三類“突變”[J].新高考：高一物理，2017（01）：14+23.

作者簡介：王維寧（1979.3—），男，甘肅慶陽人，本科學(xué)歷，一級教師。