一、摩擦力的相關(guān)概念

人教版中學(xué)物理教材中明確地說(shuō)明了摩擦力的定義，即阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的力叫做摩擦力。其方向是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的方向相反。摩擦力的種類(lèi)又可以分為靜摩擦力、滾動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦三種。

對(duì)于上述的定義，光看字面很容易就能明白，但是運(yùn)用確是千變?nèi)f化的，由于摩擦力是物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)而具有的，所以，要先判斷運(yùn)動(dòng)狀況，才能準(zhǔn)確地分析摩擦力。

二、不同模型下靜摩擦力方向的判斷

1、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)靜摩擦力的方向

如圖1所示，一個(gè)物體在粗糙水平面上受到水平向右的拉力F，處于靜止?fàn)顟B(tài)，可知物體所受的摩擦力為靜摩擦力，方向水平向左，這種判斷摩擦力方向的方法我們一般稱(chēng)之狀態(tài)法。

將此時(shí)設(shè)為A點(diǎn)，若水平面光滑，物體在F作用下經(jīng)過(guò)Δt之后，從A運(yùn)動(dòng)到A ，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為A到A ，摩擦力方向即與其相反，水平向左，大小為F。此種判斷方法大部分學(xué)生都能實(shí)現(xiàn)，也能激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

2、由直線(xiàn)模型到斜面模型靜摩擦力方向

在固定斜面上的物體受到靜摩擦力的模型大體分為兩類(lèi)。

diyi是靜止在斜面上的物體，如圖2所示，仍然將此時(shí)設(shè)為A點(diǎn)，若斜面光滑，物體在重力的作用下，經(jīng)過(guò)Δt之后，運(yùn)動(dòng)到A ，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為A到A ，摩擦力方向則為A 到A，即沿斜面向上，這種方式比較容易判斷。

第二是與斜面?zhèn)魉蛶б黄饎蛩偕仙蛘呦禄?，如圖3所示，V0為傳送帶的速度，用上述方法，學(xué)生會(huì)判斷出，物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為A到A ，所以摩擦力方向是沿斜面向上。雖然得出的結(jié)論是正確的，但這種方法的分析過(guò)程確是存在問(wèn)題的。

3、由直線(xiàn)模型到曲線(xiàn)模型靜摩擦力方向

物體在圓盤(pán)上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，也能很容易判斷出物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切向速率不變，水平方向僅有靜摩擦力。

結(jié)合圖4可知做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單分析，設(shè)經(jīng)歷很短的時(shí)間Δt，運(yùn)動(dòng)如圖，由于慣性，如果無(wú)摩擦，物體經(jīng)歷Δt將由A1運(yùn)動(dòng)到A2 ，因?yàn)閷W(xué)生在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的部分前概念已經(jīng)根深蒂固，認(rèn)為此時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為A1到A2 ，得出靜摩擦力方向?yàn)锳2 A1，而書(shū)上的結(jié)論又與他們自己的判斷相矛盾。

上述這樣的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是斜面?zhèn)魉蛶н€是圓盤(pán)模型，不少學(xué)生都會(huì)出現(xiàn)判斷的失誤，無(wú)非是打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也會(huì)讓他們對(duì)物理產(chǎn)生恐懼和無(wú)助，這時(shí)就需要教師準(zhǔn)確地找出學(xué)生錯(cuò)誤所在，趨勢(shì)的判斷都已掌握，主要是在“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的判斷上出現(xiàn)了問(wèn)題，針對(duì)這一情況，進(jìn)行合理地引導(dǎo)至關(guān)重要。

4、準(zhǔn)確理解隨傳送帶做勻速上升物體的摩擦力方向

我們?nèi)匀蛔尲僭O(shè)接觸面完全光滑，如圖5所示，物體經(jīng)過(guò)Δt之后從A運(yùn)動(dòng)到A ，而傳送帶的A點(diǎn)將運(yùn)動(dòng)到A ，所以，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)應(yīng)為A 到A ，雖然方向相同，卻不是A到A ，摩擦力方向仍然為沿斜面向上。

5、準(zhǔn)確理解隨板做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)物體的摩擦力方向

現(xiàn)對(duì)圓板模型進(jìn)行引導(dǎo)，如圖4所示，讓學(xué)生假設(shè)板面光滑，學(xué)生可以得出對(duì)于Δt時(shí)刻，物體將從A1運(yùn)動(dòng)到A2 ，而對(duì)于圓盤(pán)上的A1經(jīng)歷Δt之后，將到達(dá)A2，所以他們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)應(yīng)為A2到A2 ，而不同時(shí)刻，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度方向都在改變，對(duì)于每一個(gè)A2、A3、A4……卻都有向A2 、A3 、A4 運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。即隨板做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)物體所受靜摩擦力方向始終指向圓心，并且提供其做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力。

此時(shí)學(xué)生就能明白同樣的判斷方法，有的正確而有的錯(cuò)誤的原因所在，是因?yàn)楣逃械乃季S把相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)定義為相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，一旦參考系發(fā)生改變，就會(huì)出錯(cuò)。這樣不但實(shí)現(xiàn)了啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)模式，而且是學(xué)生自己通過(guò)判斷得出的結(jié)論，印象更加深刻，增強(qiáng)他們的自信心。

三、靜摩擦力在生活中的體現(xiàn)

靜摩擦力在生活中無(wú)處不在，本著物理源于生活的原則，可以適當(dāng)?shù)匮芯亢?jiǎn)單的生活情景，讓學(xué)生能夠更好地將物理與生活結(jié)合。理性分析汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，人所受靜摩擦力的作用和方向，更加全面地理解靜摩擦力。

汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，人會(huì)感覺(jué)傾斜，自然是由于人具有慣性，還要按照原來(lái)汽車(chē)的速度前進(jìn)，但是汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎的過(guò)程中，速度的方向逐漸在變化。對(duì)于汽車(chē)向左轉(zhuǎn)彎，可以按照?qǐng)D示6，可以看出，人有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)會(huì)受到向左的摩擦力。除了看受力之外，我們知道摩擦力的作用點(diǎn)在接觸面上，此種情況摩擦力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M，重力和支持力過(guò)重心沒(méi)有力矩產(chǎn)生，力矩M使人向右邊傾斜，所以人體雙腳并攏站立，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的時(shí)候光靠摩擦力是無(wú)法平衡的。根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，人體會(huì)將雙腳張開(kāi)，并且有一只腳要“稍微”用力，這又是為什么呢?根據(jù)這種情況，畫(huà)出了第二種受力情況，雙腳張開(kāi)，地面對(duì)雙腳的支持力分別為N1和N2，由于要人體要平衡，N1和N2的合力矩要與摩擦力矩方向相反，大小相同，則可以判斷出N2 N1，產(chǎn)生反向力矩平衡摩擦力力矩，此時(shí)人體就可以處于平衡狀態(tài)。

四、此類(lèi)模型對(duì)靜摩擦力教學(xué)的反思

靜摩擦力方向的判斷還有許多模型，在這就不一一列舉，通過(guò)對(duì)三種模型的研究，我對(duì)教學(xué)的反思大致有以下幾點(diǎn)。

1、使學(xué)生理解靜摩擦力方向判斷的本質(zhì)依據(jù)，掌握摩擦力的相關(guān)知識(shí)?；A(chǔ)的摩擦力定義是基礎(chǔ)的，必不可少的，而正確地理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)則是關(guān)鍵。通過(guò)三種模型的分析，學(xué)生才能明白通過(guò)定義來(lái)判斷平衡狀態(tài)下物體所受靜摩擦力方向無(wú)論是直線(xiàn)還是曲線(xiàn)首先都需要確定參考系，不是一味地認(rèn)為是地面，其次才能判斷趨勢(shì)，進(jìn)而準(zhǔn)確得出靜摩擦力方向。

2、豐富了教師關(guān)于靜摩擦力相關(guān)知識(shí)的教學(xué)方式。教師能夠站在學(xué)生的立場(chǎng)思考問(wèn)題，不局限于狀態(tài)法、假設(shè)法判斷靜摩擦力方向，更加關(guān)注于物理的本質(zhì)，跳出“技巧式”教學(xué)，讓學(xué)生知其然，亦知其所以然。同時(shí)，結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠達(dá)到立體式的學(xué)習(xí)效果，從現(xiàn)象、模型、本質(zhì)等有了全方位的理解。

3、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考的能力。以上的過(guò)程皆從學(xué)生角度出發(fā)，學(xué)生在課堂上就可以跟隨教師一起分析，可以很容易找到自己對(duì)知識(shí)的困惑，能夠及時(shí)提出問(wèn)題，再由教師正確的引導(dǎo)，使物理知識(shí)真正內(nèi)化于心，也養(yǎng)成了學(xué)生科學(xué)思考的能力，而不是旁聽(tīng)式的只記結(jié)論。學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，并總結(jié)歸納，在今后的學(xué)習(xí)和生活中也將能夠科學(xué)地將物理知識(shí)靈活運(yùn)用。

良好的教學(xué)效果不是由教師一人能夠?qū)崿F(xiàn)的，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體，讓學(xué)生更切實(shí)地感受物理知識(shí)的魅力，才能學(xué)好物理。實(shí)際生活中的靜摩擦力往往更加復(fù)雜，需要學(xué)生有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，才可以探索生活中物理的奧秘，從而使物理能夠回歸生活。

  2018-05-25 608次 熱門(mén)標(biāo)簽：