再谈“摩擦力”的教学

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  摘要:摩擦力是高中力学教学的重点和难点之一,正确认识摩擦力,对学生学习后面的知识有着至关重要的作用,而且摩擦力的学习历来也是学生感到头疼的问题,如何组织好有关摩擦力的教学是高中物理教学中一个重要课题。本文以摩擦力的“四要素”为突破口,尝试解决这一教学难点。
  关键词:教学 静摩擦力 滑动摩擦力 判断
  【中图分类号】G633.7
  对于刚从初中升入高中的學生来说,高中物理是学生认为比较难学的科目,其中对一些物理量,尤其是矢量概念的理解是很重要的因素。新课标教材《物理1》从运动学开始,目的就是降低台阶,采用循序渐进的原因对一些核心概念(如:速度、加速度和力等)层层深入阐述。本节内容是在初中摩擦力知识基础上的延伸和拓展,但学生受初中物理前概念的影响较深,实际教学中还是有很多学生对摩擦力,特别是静摩擦力的矢量性不能理解,在解决问题时还是经常出现问题,从而打击他们学习物理的信心。由于摩擦力问题的复杂性,且在具体问题中又表现出“动中有静,静中有动”,尤其静摩擦力在许多情形下又是“若有若无,方向不定”,因此,教师在教学中一定要讲清、讲透摩擦力的有无、方向、大小及作用效果,从而使学生顺利逾越“摩擦力”这个横在学生面前的“鸿沟”。
  一、摩擦力的“概念”教学,挖掘内涵是关键
  摩擦力的概念非常抽象,深刻挖掘其内涵对于理解摩擦力的产生条件以及方向判定非常重要。笔者在教学时就用通俗易懂的例子来启发学生,帮助他们理解摩擦力的概念。
  讲到“静摩擦力”的概念时举例:将黑板擦用手指按压在黑板上不动,问学生:“黑板擦受到摩擦力的作用吗?如果有,方向怎样?”引导学生分析具体问题,激发学习兴趣。
  讲到摩擦力的产生条件时问:“接触的物体之间一定有摩擦力吗?”学生的回答不尽相同。这时教师继续演示:将黑板擦用手指按压在黑板上,待会儿松手,问:“黑板擦沿黑板向下运动过程中受到摩擦力作用吗?”“受到”学生回答,教师进一步分析,由于撤掉了压力,黑板擦就不可能再受到摩擦力作用了。总结得出摩擦力与弹力的关系:物体间存在摩擦力作用,就一定有弹力,;反之,有弹力作用的两物体间不一定有摩擦力.
  二、摩擦力的“方向”教学,判断方法有新招
  摩擦力的方向是教学的重点和难点,教科书指出:“静摩擦力的方向总是沿接触面,并且跟物体间相对运动趋势方向相反”,教学中首先要强调静摩擦力方向的方位:“总是沿接触面”,如果接触面是曲面,静摩擦力的方向与接触面相切。举例:人行走时后脚所受摩擦力的方向就是向前,因为后脚相对于地面有向后运动的趋势。
  在教学中,我发现这种方法对于基础一般的学生很难真正掌握,其原因在于:一是相对运动趋势的方向难判定,比如:“拉动桌子,让桌上的书与它一起向右加速运动,判断书所受摩擦力的方向”,书的真实运动向右,相对运动趋势却向左。二是虽说只是简单的相反,但将原来的判断结果颠倒一次,多了一道程序,使本不简单的判断更不简单。事实上,只有摩擦力作为阻力时,方向才有一个相反的感觉,而这又恰恰误导了很多学生把摩擦力只作为阻力看待和处理。考虑到上面提到的困难,笔者归纳出一种新的判断摩擦力方向的方法:“摩擦力的方向就是该力产生效果的方向”,即:动力(促进)或阻力的效果,下面采用这个方法再解决上面的问题,书是在摩擦力作用下向右运动的,故所受摩擦力方向向右。
  总之,“摩擦力的方向就是该力产生效果的方向”有效避免了教材方法理解和应用的困难。理解起来直接而直观,应用起来也简单明了。教学中只要稍加启发,学生就可归纳总结出来。
  三、摩擦力的“大小”教学,“一刀切”的思想是前提
  静摩擦力的大小随着沿相对运动趋势方向的外力的增大而增大,不是一个定值.静摩擦力的大小介于0和Fmax,即0  滑动摩擦力的大小跟运动速度无关,跟接触面积无关,由公式Fμ=μFN计算.值得注意的是压力FN应当由平衡条件或牛顿运动定律来求,其大小不一定等于物体的重力.下面举例说明摩擦力大小的求解方法之大不同:
  例:如图所示,水平面上有一重为40 N的物体,受到F1=13 N和F2=6 N的水平力作用而保持静止.已知物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:
  (1)物体所受的摩擦力的大小与方向.
  (2)若只将F1撤去,物体受到的摩擦力的大小和方向.
  (3)若撤去的力不是F1而是F2,则物体受到的摩擦力的大小、方向又如何?
  【解析】 (1)设物体相对地面静止,则有
  F1=F2+Ff,得Ff=7 N
  而fm=μFN=μmg=8 N>Ff
  故物体没动,受的静摩擦力为7 N,方向向右.
  (2)撤去F1后,Ff1=F2=6 N  故物体受静摩擦力,大小为6 N,方向向左.
  (3)撤去F2后,因F1>Ffm,物体将向左运动,受到滑动摩擦力作用Ff2=8 N,方向向右.
  四、摩擦力的“作用效果”教学,理解“阻碍”的涵义很重要
  通过以上的阐述,不难发现,运动的物体可以受到静摩擦力的作用,静摩擦力阻碍的是相对运动趋势,而不是物体的运动,而且这个摩擦力还可以是动力,如上例当中的书;再如:一小物体放在水平圆盘上,随圆盘绕中心轴匀速转动,小物体受到指向圆心的静摩擦力作用,这一摩擦力提供了向心力,只改变速度的方向,对小物体不做功。反之,静止的物体也可以受到滑动摩擦力的作用,如教材中“问题与练习2(4)瓶子压着一张纸条,扶住瓶子把纸条抽出”分析瓶子所受摩擦力时,瓶子虽然是静止的,但它与纸条之间发生了相对运动,所以瓶子受到的是滑动摩擦力,方向与抽出纸条的方向相同,这个滑动摩擦力对瓶子没有做功。当然,滑动摩擦力阻碍的也是相对运动,而不是物体的运动,比如:轻放在运动的水平传送带上的物块,在刚开始的一段时间内,受到与传送带运动方向相同的滑动摩擦力作用,此过程中正是滑动摩擦力提供了物块运动的动力。
  总而言之,在摩擦力的教学中,既要讲清摩擦力产生的条件,又要强调摩擦力有无、方向的判断,还要让学生掌握摩擦力大小的计算.计算时,首先要分析物体的运动状态,判断物体所受的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力,然后再进行计算.
  参考文献
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