摩擦力新課教學(xué)中的難點突破

吳兵

[摘? ?要]摩擦力是高中力學(xué)中最常見的作用力之一，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。文章針對學(xué)生在摩擦力學(xué)習(xí)過程中的三個問題，并結(jié)合實例進行分析探討。

[關(guān)鍵詞]摩擦力;新授課;難點突破

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）32-0043-02

摩擦力是高中物理研究中最常見的三種力，學(xué)生在學(xué)習(xí)摩擦力時往往存在三個問題：一是基本概念理解不清;二是前概念干擾;三是建模能力欠缺。教師在教學(xué)過程中要采取相應(yīng)的措施，有效解決教學(xué)中的難點問題，讓學(xué)生克服學(xué)習(xí)障礙。

一、通過基本概念題的分析解答，提升學(xué)生對基本概念的理解程度

摩擦力相對比較抽象，是高一學(xué)生學(xué)習(xí)物理的難點。教師在教學(xué)過程中，要善于通過基本概念題引導(dǎo)學(xué)生展開分析和探索，幫助學(xué)生加深并鞏固對摩擦力的認知。在這些問題的分析過程中，學(xué)生很可能暴露出一些他們在概念學(xué)習(xí)過程中的缺陷。

[例1]下列有關(guān)靜摩擦力的表述，正確是的（）。

A.任何兩個相對靜止的物體之間必然存在靜摩擦力

B.靜摩擦力只能作用在靜止的物體上

C.如果物體之間的壓力不變，靜摩擦力的大小可以在某個范圍內(nèi)發(fā)生改變

D.靜摩擦力一定會阻礙物體的運動

思路分析：這個問題是一個純粹的概念性問題，這類問題最適合檢查學(xué)生對概念的理解程度，同時還能誘導(dǎo)學(xué)生暴露學(xué)習(xí)過程中的缺陷，引發(fā)學(xué)生的認知沖突，進而在解決問題的過程中，糾正相關(guān)認識。關(guān)于摩擦力的認識，學(xué)生總是在“相對靜止”“靜止”“相對運動”“運動”等概念上糾纏不清，以至于他們在上述問題中對B、D兩項的辨析存在較大的困難。面對這樣的問題，教師可以先讓學(xué)生自主分析，并引導(dǎo)學(xué)生在相互討論中糾正自己的認識。

上述選項中的A項是對摩擦力的產(chǎn)生條件進行辨析，學(xué)生要明確靜摩擦力的產(chǎn)生，需要滿足一定的條件：相互接觸的物體之間存在擠壓，接觸面粗糙，并且二者存在相對運動趨勢，這些條件缺一不可，因此本題中的A項是錯誤的;至于B項和D項都需要學(xué)生明確靜摩擦力是發(fā)生在相對靜止的物體之間，這個“靜止”是發(fā)生靜摩擦力的兩個物體之間的“靜止”，而簡單地說“靜止”二字，一般是對地面而言的，因此完全可以是發(fā)生靜摩擦力的兩個物體相對地面有著相同速度的情形，因此運動的物體依然可以受到靜摩擦力。至于D項，學(xué)生也應(yīng)該意識到這里的“運動”是相對于地面的，因此可以確認靜摩擦力的方向可以與運動方向相同，充當動力;至于C項，這是對靜摩擦力應(yīng)變性的描述，這里就不再贅述，因此本題的正確選項是C。

教學(xué)反思：在分析解答本題的過程中，教師不能僅僅讓學(xué)生止步于概念的辨析，還應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合一些運動場景進行感悟理解，即在學(xué)生分析和處理之余，教師要適時補充一些實例，點出一些關(guān)鍵情形，為學(xué)生的認知糾正提供必要的佐證素材。

二、通過典型例題的分析，幫助學(xué)生轉(zhuǎn)化錯誤前概念

學(xué)生的錯誤前概念是本節(jié)學(xué)習(xí)的最大障礙，比如“運動越快，滑動摩擦力越大”“滑動摩擦力一定阻礙物體運動”等，這些前概念直接源于學(xué)生的已有經(jīng)驗，而且和很多生活場景相匹配。學(xué)生的這些認知教師必須正確對待，要幫助學(xué)生有效轉(zhuǎn)化。

[例2]如圖1所示，現(xiàn)有一物塊在水平地面上向右滑動，已知物塊質(zhì)量等于20 kg，接觸面的動摩擦因數(shù)為0.1，運動過程中物塊還受到水平向左，且大小等于10 N的拉力，重力加速度為10 m/s2，則物塊受到的摩擦力是（）。

A.10 N，向右B.10 N，向左

C.20 N，向右D.20 N，向左

思路分析：在處理本題時，學(xué)生受初中二力平衡的干擾，他們會自顧自地選擇A。事實上，分析解答本題時，應(yīng)該明確滑動摩擦力不一定與動力等大反向。本題的處理需要學(xué)生知道滑動摩擦力等于動摩擦因數(shù)與接觸面正壓力的乘積，因此大小為20 N，且方向應(yīng)該與相對運動方向相反，故本題的正確選項是D項。

教學(xué)反思：指導(dǎo)學(xué)生分析本題時，我們不僅要引導(dǎo)學(xué)生糾正錯誤的前概念，更要幫助學(xué)生在頭腦中構(gòu)建相應(yīng)的運動圖景，即本題展示的是滑動摩擦力和推力一起阻礙物體運動的場景。

三、結(jié)合生活情境，提升學(xué)生的建模思維能力

發(fā)展學(xué)生的建模思維，提升學(xué)生分析實際問題的能力是高中物理教學(xué)的基本任務(wù)之一，而這也是學(xué)生學(xué)習(xí)的軟肋。在摩擦力教學(xué)中，教師要善于從學(xué)生生活中選材，引導(dǎo)學(xué)生建模。

[例3]一副撲克牌一共有54張，如圖2所示，現(xiàn)在將其放在水平桌面上，并設(shè)定每一張撲克牌的質(zhì)量相等，且任意兩張牌之間、最下面的牌和桌面之間的動摩擦因數(shù)都相等。現(xiàn)在用手指以豎直朝下的力按住最上面的牌，并且以一定的速度水平移動，將這張牌沿水平方向從牌堆中移出，移動過程中手指和牌之間保持相對靜止。假設(shè)上述情境中最大靜摩擦力與滑動摩擦力的大小相等，因此有（）。

A.移動第一張牌時，手指對牌的摩擦力指向手指移動的反方向

B.移動第一張牌時，其余的53張牌相互間都不發(fā)生相對滑動

C.移動第一張牌時，其余的53張牌相互間可能發(fā)生相對滑動

D.最下面一張牌受桌面的摩擦力指向手指移動的反方向

思路分析：這個問題有很強的生活氣息，相關(guān)場景在生活中也是隨處可見，如何建立相關(guān)模型呢？學(xué)生首先要意識到這里若干張牌都是“疊放”在一起的，在摩擦力的問題中是否存在與之相似的場景呢？一個如圖3所示的模型浮現(xiàn)在學(xué)生面前，外力拉動物塊A發(fā)生水平方向的移動，那么下方其他物塊之間的摩擦力有何特點呢？當然，相關(guān)模型也存在一定的差別，即上述只有三個物塊，撲克牌卻有54張，顯然情境更加復(fù)雜。在具體操作中，如果研究最上面的一張牌，就完全可以將下面其他53張牌視為整體，研究第二張牌時，就可以將下方52張牌視為整體，研究最下面一張牌時，同樣可以將上方的53張牌視為整體。

對選項A項，因為手指和牌之間保持相對靜止，所以手指對第一張牌的靜摩擦力正是牌所受到的手指沿水平方向的力，大小等于第二張牌對第一張牌的摩擦力，它應(yīng)該與牌的移動方向相同;對B、C兩項，需要分析的內(nèi)容相同，即下面的53張牌之間是否會發(fā)生相對滑動？分析時，可以先從第二張牌看起，相當于以圖3中的B為研究對象，圖3中C則是下方剩余的52張牌所組成的整體。分析B可以發(fā)現(xiàn)，第一張牌（A）對其有一個水平向右的滑動摩擦力，這個滑動摩擦力等于動摩擦因數(shù)與A、B之間壓力大小的乘積;而B與下方C之間的最大靜摩擦力的大小等于動摩擦因數(shù)與B、C之間壓力大小的乘積，每張牌下界面的彈力要大于上界面的彈力（要考慮本張牌自身的重力），故有：下方的撲克牌不會發(fā)生移動，即B正確;再來研究D，結(jié)合前述結(jié)論，最下面一張牌也不會發(fā)生移動，而桌面所提供的靜摩擦力也正好與手指移動方向相反，因此本題的正確選項是B、D。

教學(xué)反思：上述問題需要學(xué)生將生活化的物理問題轉(zhuǎn)化為較為理想的物理模型，然后再分析討論。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 王世雄.循序漸進 突破難點：靜摩擦力教學(xué)體會[J].物理通報，1996（9）：9-10.

[2]? 尹衛(wèi)兵.定性體驗與定量探究相結(jié)合有效突破教學(xué)難點：5個版本教材關(guān)于“摩擦力”的對比及教學(xué)建議[J].物理教師，2016（7）：17-20.

[3]? 胡全斌.關(guān)于摩擦力教學(xué)的難點突破[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2005（12）：14-15.

（責(zé)任編輯 易志毅）