摩擦力教學綜述

摘要：高一學生普遍感到物理難學，尤其是在摩擦力的學習中需要摒棄前概念的影響、克服思維定勢。為了幫助學生正確掌握概念，筆者結合教學經驗總結了摩擦力教學中應注意的問題：利用初中基礎引入高中教學，及時糾正幾種學生易犯的錯誤，及時總結確定摩擦力的大小和方向的方法。本文列舉了一些典型例題進行分析說明，以期能找到更有效的教學方法。

關鍵詞：高中物理；摩擦力；教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）05-0144

高一學生普遍感到力學難學，尤其是在受力分析中涉及到是否存在摩擦力、摩擦力的大小方向如何確定等問題時，頗感困難，不能準確地完成受力分析。而對物體的受力分析是力學解題的關鍵，因此，做好摩擦力教學就顯得尤為重要。下面，筆者就摩擦力教學談幾點粗淺的看法：

一、利用初中基礎引入高中教學

“好的開端是成功的一半”，教學中要注重初、高中的聯系。學生通過對初中物理的學習，對摩擦力已有了一個初步認識：知道滑動摩擦、滾動摩擦的概念。知道滑動摩擦力與壓力的大小、接觸面的粗糙程度有關。知道如何減小有害摩擦，增大有益摩擦。但這些都屬于粗淺的定性了解，沒有精確的定量分析和計算。在教學中，教師要注意，從原有的知識引入，自然過渡到新課教學。如可以用二力平衡知識，引入靜摩擦力的概念，并利用二力平衡的條件，求出靜摩擦力的大小，判斷其方向。明確靜摩擦力是一個變力，有一個最大值，稱為最大靜摩擦力，教學的同時可用實驗演示，讓學生獲得感性知識。對于滑動摩擦力，要求學生在定性了解的基礎上，很好地理解和掌握定量公式f=μN。N是兩個物體間的正壓力，而不是物體的重力。μ是動摩擦因數，與兩個物體的材料、接觸面的粗糙程度有關。此后，再循序漸進地讓學生明確摩擦力的產生條件：表面粗糙、互相擠壓的兩物體間有相對運動趨勢或相對運動。理解摩擦力的方向與相對運動趨勢或相對運動方向相反。

二、逐步豐化、深化、強化摩擦力教學

由于受認知規律和學生現有知識結構的限制，對于摩擦力的教學不能操之過急、一步到位。要隨著力學知識的展開由淺到深、由易到難地分階段教學。筆者的主要體會有兩點：

1. 及時糾正幾種學生易犯的錯誤

（1）認為摩擦力總與外力方向相反

如圖1，質量為1kg的物體，在動摩擦因數為0.2的水平面上向左運動，同時受到大小為F，方向向右的力的作用，求物體所受摩擦力f的大小和方向。（g=10m/s2）

不少學生不加分析草率認為f與F的方向相反，將此題情況和在外力的作用下物體開始滑行問題混淆。沒有正視題中所給物體運動方向這個條件。正確的應是物體相對于地面向左運動，那么滑動摩擦力的方向與相對運動方向相反，即向右。大小則應按照f=μN來計算，與F無關。

f=μN=0.2×1×10=2（N）

（2）認為正壓力N總等于重力G

初學時，有的學生總認為物體間的正壓力就是重力，教學時要注意糾正。

如圖2 、3所示的情況，已知物體與地面間的動摩擦因數為μ，用力F斜向上拉和斜向下推物體，使物體在水平面上滑行。如利用f=μN求解滑動摩擦力，N≠G，利用正交分解法，兩種情況分別為：

N1=mg-Fsinθ； N2=mg+Fsinθ。

（3）將靜摩擦力與滑動摩擦力混淆

例如：用手握住瓶子，使瓶子在豎直方向處于靜止，如果握力加倍則手與瓶子之間的摩擦力（ ）

A. 也加倍 B. 保持不變

C. 方向向下 C. 以上都不對

分析：此時瓶和手相對靜止，存在靜摩擦力。由二力平衡知f=G。不少學生選擇答案A，是將靜摩擦力當成了滑動摩擦力，只有滑動摩擦力才隨正壓力加倍而加倍，正確的答案應是B。

（4）認為摩擦力是阻力，總是做負功

有些同學沒能理解“滑動摩擦力總是阻礙物體間的相對運動”而錯誤地認為：“滑動摩擦力總是阻礙物體運動，是阻力”。對此我們可以用下例來說明。

如圖4，將一木塊輕輕地放在勻速行駛的小車上，木塊與小車間的滑動摩擦因數為μ。此時對木塊來說相對于小車向后運動，所以存在一個向前的滑動摩擦力，此力即為木塊由靜止到運動的動力，對木塊做正功。

2. 及時總結確定摩擦力的大小和方向的方法

關于滑動摩擦力，學生掌握情況較好。多數學生是在靜摩擦力面前束手無策，現介紹幾種確定靜摩擦力大小方向的方法：

（1）利用平衡條件

如圖5，A、B疊放在水平面上，現用F=1N的力水平向左拉A，A、B仍保持靜止，試分析A、B是否受靜摩擦力作用，如受摩擦力作用，大小方向如何。

分析：A、B都處于平衡狀態，因此合力均為零。現對其進行受力分析

對A；如圖甲，GA為重力，N為B對A的支持力。若不受靜摩擦力，則水平方向合外力不為零，不滿足平衡條件。故存在一個B對A的向左的靜摩擦力fA，且fA=F。

對B：如圖乙。GB為重力，NB為地面對B的支持力，N′ 為A對B的壓力。由牛頓第三定律B受到一個A對B的向右的靜摩擦力fB作用，且有fB=fA。

同理，地面對B有一個向左的靜摩擦力的作用f，且f=fB。∵fB=fA F=fA ∴f=F。

（上接第144頁）

（2）利用牛頓第二定律

如圖6，一個質量是50Kg的人，站在自動電梯的某階梯上，階梯斜面與水平面成60°的夾角，人站的梯面呈水平，當梯面以a=0.2m/s2的加速度沿圖中所示a的方向帶人上升時，求梯面對人的摩擦力的大小和方向。（g=10m/s2）

分析：因電梯帶人一起加速上升，故人也有一個圖中所示的加速度a，將a向水平和堅直方向分解，如圖7。堅直向上分量asin60°是由人所受的支持力和重力的合力提供，而水平分量acos60°只能是人與梯面間的靜摩擦力提供，由牛頓第二定律f=macos60°=5N，方向水平向右。

又如：圖8，傾角為θ的斜面體M放在粗糙的水平面上，物塊m以加速度a沿斜面滑下，斜面體仍靜止。求地面對斜面體的靜摩擦力。

分析：將斜面體和物塊做為一個整體進行受力分析，由牛頓第二定律，水平方向的合外力

F=MaM+macosθ= macosθ（因斜面體靜止，所以aM=0）

這個力F只能是由地面對M的摩擦力提供的，所以斜面體受到水平向左的靜摩擦力，大小即為macosθ。

（3）結合臨界值的判斷，確定摩擦力的大小和方向。

如圖9：一質量為m的物體受水平推力F作用，且靜止在傾角為θ的斜面上，物體與斜面間的動擦力因數為μ，求物體受到斜面的摩擦力。

分析：N為斜面對物體的支持力，建立坐標，則物體在力F的作用下可能處于一種既無向下也無向上的運動趨勢的臨界狀態，如圖甲，

即Fcosθ=mgsinθ

此時對應的臨界值是：

F=mgtgθ斜面對m的摩擦力f=0

當力F偏離這個臨界值時，則物體要受到靜摩擦力的作用。

①當F

f1=mgsinθ-Fcosθ

②當F>mgtgθ時，物體向上滑動的趨勢，所受靜摩擦力沿斜面向下，如圖丙

由平衡條件，有f2=Fcosθ-mgsinθ

總之，分析摩擦力時，要明確摩擦力產生的條件，充分利用平衡條件、牛頓運動定律等力學規律， 將物體的運動狀態和受力情況緊密地聯系起來，認真思考，并加以一定的技巧，許多問題就會迎刃而解。

（作者單位：內蒙古牙克石市第一中學 022150）