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淺談如何通過中學物理定義判斷靜摩擦力的方向

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-08-31  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):258
核心提示:摩擦力靜摩擦力 一、摩擦力的相關(guān)概念 人教版中學物理教材中明確地說明了摩擦力的定義,即阻礙物體相對運動(或相對運動趨勢)的力叫做摩擦力。其方向是與物體相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反。摩擦力的種類又可以分為靜摩擦力、滾動摩擦、滑動摩擦三種。 對于上述的定義,光看字面很容易就能明白,但是運用確是千變?nèi)f化的,由于摩擦力是物體相對運動而具有的,所以,要先判斷運動狀況,才能準確地分析摩擦力。二、不同模型下靜摩擦力方向的判斷 1、直線運動時靜摩擦力的方向 如圖1所示,一個物體在粗糙水平面上受到水平向右的拉力F
摩擦力靜摩擦力

一、摩擦力的相關(guān)概念

人教版中學物理教材中明確地說明了摩擦力的定義,即阻礙物體相對運動(或相對運動趨勢)的力叫做摩擦力。其方向是與物體相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反。摩擦力的種類又可以分為靜摩擦力、滾動摩擦、滑動摩擦三種。

對于上述的定義,光看字面很容易就能明白,但是運用確是千變?nèi)f化的,由于摩擦力是物體相對運動而具有的,所以,要先判斷運動狀況,才能準確地分析摩擦力。

二、不同模型下靜摩擦力方向的判斷

1、直線運動時靜摩擦力的方向

如圖1所示,一個物體在粗糙水平面上受到水平向右的拉力F,處于靜止狀態(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之狀態(tài)法。

靜摩擦力005.jpg

將此時設為A點,若水平面光滑,物體在F作用下經(jīng)過Δt之后,從A運動到A ,運動趨勢為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生都能實現(xiàn),也能激發(fā)他們學習的興趣,實現(xiàn)更好的教學效果。

2、由直線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。

第一是靜止在斜面上的物體,如圖2所示,仍然將此時設為A點,若斜面光滑,物體在重力的作用下,經(jīng)過Δt之后,運動到A ,運動趨勢為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。

靜摩擦力006.jpg

第二是與斜面?zhèn)魉蛶б黄饎蛩偕仙蛘呦禄?,同理,如圖3所示,V0為傳送帶的速度,用上述方法,學生會判斷出,物體的運動趨勢為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程確是存在問題的。

3、由直線模型到曲線模型靜摩擦力方向

物體在圓盤上做勻速圓周運動時,也能很容易判斷出物體轉(zhuǎn)動時切向速率不變,水平方向僅有靜摩擦力。

結(jié)合圖4可知做勻速圓周運動的物體運動情況的簡單分析,設經(jīng)歷很短的時間Δt,運動如圖,由于慣性,如果無摩擦,物體經(jīng)歷Δt將由A1運動到A2 ,因為學生在直線運動的部分前概念已經(jīng)根深蒂固,認為此時相對運動趨勢為A1到A2 ,得出靜摩擦力方向為A2 A1,而書上的結(jié)論又與他們自己的判斷相矛盾。

靜摩擦力007.jpg

上述這樣的結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是斜面?zhèn)魉蛶н€是圓盤模型,不少學生都會出現(xiàn)判斷的失誤,無非是打擊了學生的學習興趣,也會讓他們對物理產(chǎn)生恐懼和無助,這時就需要教師準確地找出學生錯誤所在,趨勢的判斷都已掌握,主要是在“相對運動”的判斷上出現(xiàn)了問題,針對這一情況,進行合理地引導至關(guān)重要。

4、準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接觸面完全光滑,如圖5所示,物體經(jīng)過Δt之后從A運動到A ,而傳送帶的A點將運動到A ,所以,相對運動趨勢應為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。

靜摩擦力008.jpg

5、準確理解隨板做勻速轉(zhuǎn)動物體的摩擦力方向

現(xiàn)對圓板模型進行引導,如圖4所示,讓學生假設板面光滑,學生可以得出對于Δt時刻,物體將從A1運動到A2 ,而對于圓盤上的A1經(jīng)歷Δt之后,將到達A2,所以他們之間的相對運動趨勢應為A2到A2 ,而不同時刻,轉(zhuǎn)動的速度方向都在改變,對于每一個A2、A3、A4……卻都有向A2 、A3 、A4 運動的趨勢。即隨板做勻速轉(zhuǎn)動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)動的向心力。

此時學生就能明白同樣的判斷方法,有的正確而有的錯誤的原因所在,是因為固有的思維把相對運動趨勢定義為相對地面運動趨勢,一旦參考系發(fā)生改變,就會出錯。這樣不但實現(xiàn)了啟發(fā)式、引導式教學模式,而且是學生自己通過判斷得出的結(jié)論,印象更加深刻,增強他們的自信心。

三、靜摩擦力在生活中的體現(xiàn)

靜摩擦力在生活中無處不在,本著物理源于生活的原則,可以適當?shù)匮芯亢唵蔚纳钋榫?,讓學生能夠更好地將物理與生活結(jié)合。理性分析汽車轉(zhuǎn)彎時,人所受靜摩擦力的作用和方向,更加全面地理解靜摩擦力。

汽車在轉(zhuǎn)彎時,人會感覺傾斜,自然是由于人具有慣性,還要按照原來汽車的速度前進,但是汽車在轉(zhuǎn)彎的過程中,速度的方向逐漸在變化。對于汽車向左轉(zhuǎn)彎,可以按照圖示6,可以看出,人有向右運動的趨勢,此時會受到向左的摩擦力。除了看受力之外,我們知道摩擦力的作用點在接觸面上,此種情況摩擦力會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)動力矩M,重力和支持力過重心沒有力矩產(chǎn)生,力矩M使人向右邊傾斜,所以人體雙腳并攏站立,在汽車轉(zhuǎn)彎的時候光靠摩擦力是無法平衡的。根據(jù)日常經(jīng)驗,人體會將雙腳張開,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,畫出了第二種受力情況,雙腳張開,地面對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,此時人體就可以處于平衡狀態(tài)。

靜摩擦力009.jpg

四、此類模型對靜摩擦力教學的反思

靜摩擦力方向的判斷還有許多模型,在這就不一一列舉,通過對三種模型的研究,我對教學的反思大致有以下幾點。

1、使學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?;A的摩擦力定義是基礎的,必不可少的,而正確地理解相對運動趨勢則是關(guān)鍵。通過三種模型的分析,學生才能明白通過定義來判斷平衡狀態(tài)下物體所受靜摩擦力方向無論是直線還是曲線首先都需要確定參考系,不是一味地認為是地面,其次才能判斷趨勢,進而準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)知識的教學方式。教師能夠站在學生的立場思考問題,不局限于狀態(tài)法、假設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,讓學生知其然,亦知其所以然。同時,結(jié)合物理實驗,學生能夠達到立體式的學習效果,從現(xiàn)象、模型、本質(zhì)等有了全方位的理解。

3、培養(yǎng)學生科學思考的能力。以上的過程皆從學生角度出發(fā),學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知識的困惑,能夠及時提出問題,再由教師正確的引導,使物理知識真正內(nèi)化于心,也養(yǎng)成了學生科學思考的能力,而不是旁聽式的只記結(jié)論。學會發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,并總結(jié)歸納,在今后的學習和生活中也將能夠科學地將物理知識靈活運用。

良好的教學效果不是由教師一人能夠?qū)崿F(xiàn)的,學生才是學習的主體,讓學生更切實地感受物理知識的魅力,才能學好物理。實際生活中的靜摩擦力往往更加復雜,需要學生有扎實的基礎知識,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 14:31:09 289次 http://www.yiqi.com/retiao/detail_2461.html 熱門標簽:
 
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