巧設(shè)習(xí)題 突破靜摩擦力教學(xué)之難點(diǎn)

吳 俊

(廣東省廣州市廣州大學(xué)附屬中學(xué)物理科 510050)

靜摩擦力是高一物理力學(xué)學(xué)習(xí)中一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，它的性質(zhì)特殊，變化多端，運(yùn)用廣泛，所以同時(shí)是一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容.物理習(xí)題不僅僅具備訓(xùn)練學(xué)生的作用，巧妙的選擇和設(shè)計(jì)習(xí)題，能夠幫助學(xué)生更好的理解知識(shí)點(diǎn)，突破難點(diǎn).本文針對(duì)靜摩擦力教學(xué)的三個(gè)難點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的例題及變式，力爭(zhēng)達(dá)到使學(xué)生學(xué)得輕松、學(xué)得扎實(shí)、學(xué)得高效的教學(xué)效果.

一、難點(diǎn)1——認(rèn)為“受靜摩擦力的物體一定是靜止的”.

當(dāng)物體具有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，物體間產(chǎn)生的摩擦叫靜摩擦力.從靜摩擦力的定義中，要認(rèn)識(shí)到靜摩擦力的“靜”是指研究對(duì)象與相接觸的物體之間是相對(duì)靜止，沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，但并非絕對(duì)靜止，即物體是可以運(yùn)動(dòng)的.這一點(diǎn)許多同學(xué)很容易出錯(cuò).在學(xué)習(xí)這個(gè)內(nèi)容時(shí)，可以設(shè)置概念的辨析題讓學(xué)生先進(jìn)行練習(xí)，而后結(jié)合容易理解的生活例子進(jìn)行講解，這樣學(xué)生的認(rèn)識(shí)就會(huì)深刻得多.

例1 關(guān)于靜摩擦力的說(shuō)法，下列正確的是( ).

A.受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的；

B.運(yùn)動(dòng)的物體可能受到靜摩擦力；

C.兩個(gè)相對(duì)靜止的物體之間一定有靜摩擦力的作用；

D.兩個(gè)物體間存在靜摩擦力，這兩個(gè)物體一定是相對(duì)靜止.

此題目的答案為BD選項(xiàng).對(duì)其進(jìn)行解析，只需要舉一個(gè)例子就可以讓學(xué)生理解清楚.

如圖1所示，隨傳送帶一起斜向上勻速運(yùn)行的煤，受到傳送帶的靜摩擦力作用.

對(duì)煤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，煤具有相對(duì)傳送帶向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，但與傳送帶之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以，煤所受到的摩擦力為靜摩擦力，方向是沿斜面向上.但是，煤相對(duì)地面是具有沿斜面向上的速度.可見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)的煤也可能受到靜摩擦力.

但本習(xí)題的目的并不是簡(jiǎn)單的得到答案，所以教師通過(guò)舉例子使學(xué)生能夠理解之后，應(yīng)該要適當(dāng)總結(jié)，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)的高度，重點(diǎn)就是深化靜摩擦力中“靜”字的含義.因認(rèn)識(shí)到“靜”的含義，可以幫助學(xué)生正確判定物體是受到滑動(dòng)摩擦力，還是靜摩擦力，這是我們解決有關(guān)摩擦力問(wèn)題的第一步.于是，在經(jīng)過(guò)此題的練習(xí)后，可以設(shè)置另外一個(gè)情境，考驗(yàn)學(xué)生是否真正理解靜摩擦力的含義.

例2 一個(gè)粉筆盒放在桌面上，一把尺子在粉筆盒的上表面滑過(guò)，粉筆盒靜止在桌面上不動(dòng)，請(qǐng)問(wèn)，尺子對(duì)粉筆盒的摩擦力是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力？

這個(gè)題目中粉筆盒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止的，如果學(xué)生對(duì)靜摩擦力的“靜”字理解不透的話，很容易判斷為靜摩擦力.利用這個(gè)題目，再次強(qiáng)調(diào)靜摩擦力的“靜”是研究對(duì)象與接觸物體之間相對(duì)靜止.如果對(duì)于程度較好的學(xué)生，還可以就此題目繼續(xù)追問(wèn)，經(jīng)過(guò)思辨，學(xué)生肯定會(huì)有更加清晰的認(rèn)識(shí).

變式1 一個(gè)粉筆盒放在桌面上，一把尺子在粉筆盒的上表面滑過(guò)，粉筆盒靜止在桌面上不動(dòng)，請(qǐng)問(wèn)，桌面對(duì)粉筆盒是否有摩擦力的作用？如果有的話是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力？

解決這個(gè)問(wèn)題，要求學(xué)生還能靈活運(yùn)用二力平衡的知識(shí)，故面向的對(duì)象應(yīng)該是學(xué)習(xí)程度較好，懂得綜合應(yīng)用知識(shí)的學(xué)生.最后，教師可以與學(xué)生一起總結(jié)：“受到靜摩擦力的物體不一定是靜止的；受到滑動(dòng)摩擦力的物體不一定是運(yùn)動(dòng)的.”

二、難點(diǎn)2——認(rèn)為“靜摩擦力總是阻力”

靜摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但不一定阻礙物體間的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，可以是阻力，可以是動(dòng)力.但學(xué)生往往就將摩擦力與阻力等同起來(lái)，認(rèn)為靜摩擦力就是阻力.在學(xué)生懂得動(dòng)力與阻力定義的基礎(chǔ)上，這個(gè)問(wèn)題的判斷實(shí)際上就變成關(guān)于靜摩擦力方向的判斷問(wèn)題，即靜摩擦力的方向是否可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同.這個(gè)難點(diǎn)可以與難點(diǎn)1聯(lián)系起來(lái)討論，直接將傳送帶運(yùn)送煤的例子改為習(xí)題，學(xué)生對(duì)剛剛分析的情境比較熟悉，方便理解，能夠?qū)⒆⒁饬性诜较虻挠懻撋?這樣，可以達(dá)到我們所提倡的使學(xué)生學(xué)得輕松、學(xué)得扎實(shí)、學(xué)得高效的教學(xué)效果.

例3 如圖3所示，隨傳送帶一起斜向上勻速運(yùn)行的煤，下列說(shuō)法正確的是( ).

A.傳送帶對(duì)煤的靜摩擦力方向沿斜面向上；

B.傳送帶對(duì)煤的靜摩擦力方向沿斜面向下；

C.傳送帶對(duì)煤的靜摩擦力是煤的動(dòng)力；

D.傳送帶對(duì)煤的靜摩擦力是煤的阻力.

此題目的答案為AC選項(xiàng).首先，教師必須明確告訴學(xué)生動(dòng)力與阻力的定義.然后，結(jié)合煤的運(yùn)動(dòng)及受力分析得到結(jié)論.煤具有相對(duì)傳送帶向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以煤的靜摩擦力是沿斜面向上，同時(shí)，煤相對(duì)地面也是沿斜面向上運(yùn)動(dòng).可見(jiàn)，靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，為動(dòng)力.

通過(guò)上述的例題分析后，教師應(yīng)當(dāng)進(jìn)行總結(jié)：靜摩擦力的方向是一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，但有可能與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同，所以，靜摩擦力有可能是動(dòng)力，也可能是阻力.通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生就會(huì)逐漸養(yǎng)成結(jié)合例子對(duì)物理概念進(jìn)行辨析的習(xí)慣，使得物理概念不再是干巴巴的文字，而是立體化的情境.

三、難點(diǎn)3——理解靜摩擦力的大小必須隨外界環(huán)境的變化而變化

靜摩擦力是在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生的力，使物體保持相對(duì)靜止是靜摩擦力的作用效果，所以靜摩擦力就必須具有隨外力、運(yùn)動(dòng)的加速度等變化而變化的性質(zhì)，即靜摩擦力具有隨外界因素變化而變化的“可變性”和“被動(dòng)性”.這是靜摩擦力的特殊性質(zhì).靜摩擦力的這種變化的性質(zhì)，簡(jiǎn)單的情形學(xué)生是容易理解的，例如：水平面一個(gè)物體受到一個(gè)水平拉力F保持靜止,物體受到靜摩擦力f=F，如果F增大，靜摩擦力f也隨之增大，如果F減少，靜摩擦力f也隨之減少.但是，情形稍微復(fù)雜些，學(xué)生就很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，原因就是學(xué)生的理解還不夠深刻，所以可以通過(guò)設(shè)置例題來(lái)幫助學(xué)生理解.

例4如圖4所示，木塊放在水平桌面上，受水平向右的力F1=10N，水平向左的力F2=2N及摩擦力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力大小和方向( ).

A.8N方向水平向右

B.6N方向水平向右

C.2N方向水平向右；

D.0N

此題選C.分析題目，撤去F1前，物體所受的摩擦力為靜摩擦力，大小為8N，水平向右.撤去F1后，靜摩擦力應(yīng)該隨之改變，因?yàn)殪o摩擦力的效果就是保持物體相對(duì)靜止，此時(shí)物體受水平向左的力2N的作用，只需要水平向右2N的摩擦力就可以保證物體保持相對(duì)靜止.但是，學(xué)生常常會(huì)孤立起來(lái)看問(wèn)題，認(rèn)為物體仍然受到摩擦力不變，然后物體會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，有的甚至?xí)谜J(rèn)為原來(lái)8N的摩擦力與2N推力作用抵消后，6N即為所受新的摩擦力大小.通過(guò)這個(gè)例子，目的就是啟發(fā)學(xué)生不能孤立靜止地看待靜摩擦力的問(wèn)題，不能總把靜摩擦力按恒力來(lái)處理，不要先急于計(jì)算靜摩擦力，要觀察條件分析各種影響摩擦力的因素，包括其他力的合力，物體的加速度等等.

同樣，對(duì)于程度較好的學(xué)生，此題仍然可以做變形，從而加深學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力差異的認(rèn)識(shí).將題目中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做簡(jiǎn)單改變即可，將木塊靜止改為勻速運(yùn)動(dòng)，題目如下.

變式2木塊放在水平桌面上，受水平向右的力F1=10N，水平向左的力F2=2N及摩擦力作用下，水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力大小和方向( ).

A.8N 方向水平向左

B.6N 方向水平向左

C.2N 方向水平向左

D.0N

此題選A.這個(gè)題目?jī)H是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，但是情形就完全不同了，此時(shí)物體所受的摩擦力不再是靜摩擦力，而是滑動(dòng)摩擦力，兩個(gè)摩擦力的性質(zhì)完全不同.通過(guò)這個(gè)題目，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到解決此類問(wèn)題首先必須判斷出物體受到的摩擦力是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力.

同時(shí)，加深了學(xué)生對(duì)兩種摩擦力差異的理解，提示學(xué)生將所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行比較，提高學(xué)習(xí)的效率.

靜摩擦力是高中物理力學(xué)中的一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，而且這個(gè)知識(shí)點(diǎn)會(huì)與后續(xù)的很多內(nèi)容相關(guān)聯(lián)，在起始年級(jí)奠定學(xué)生的扎實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生在高三的提高加深學(xué)習(xí)會(huì)起到很好的促進(jìn)作用.