淺談初中學生如何理解靜摩擦力

吉美麗

力學是物理學的有機組成部分，也是物理學的基礎部分.初二學生雖然屬于初學者，但是也涉及到簡單的力學知識.譬如，蘇教版八年級物理課本第八章就介紹了常見的幾種力： 彈力、重力、摩擦力.課本著重介紹了滑動摩擦力及影響滑動摩擦力大小的因素，靜摩擦力之所以作為閱讀材料提出來，沒作為重點，是因為靜摩擦力的相關知識點對于初學者來說較難理解.但是學生在做題時經常涉及，生活當中也很常見.為了培養學生的獨立思考問題的能力，激發他們學習物理的興趣.為此，筆者就此問題的解決方法與同行交流分享.

1讓學生理解什么情況下存在靜摩擦力

蘇教版八年級物理課本第八章第三節講的就是摩擦力的相關知識，課本是以一幅圖來引出摩擦力的定義：用手拉動靜止在桌面上的物體 ，一邊拉一邊體驗，發現一個物體在另一個物體表面上滑動時，會受到阻礙其運動的力，這個力就是摩擦力.在這個定義中并沒有把靜摩擦力與滑動摩擦力分開，只是一個籠統的定義，下面就接著討論影響滑動摩擦力大小的因素.筆者認為，在這個地方根據學生的情況，降低難度，可以先介紹有關滑動摩擦力的相關知識及事例，讓學生先掌握滑動摩擦力的大小和方向問題.在學生腦海里對摩擦力有一定的概念后，再讓學生體驗上述實驗中沒有拉動物體時的情況，開始時雖然對物體施加了拉力，但物體沒有被拉動，這說明物體還受到一個阻礙其運動的力，這個力就是靜摩擦力.這個物體雖然沒有動，但是在拉力的作用下它有運動的趨勢，之所以沒有動，是因為受到阻礙它動的摩擦力，這個力就稱為靜摩擦力.這就是靜摩擦力是否存在的判斷方法.判斷一個物體是否受到靜摩擦力，就看它在外力作用下是否有運動的趨勢，如果有，那即存在靜摩擦力.例如，手握一個瓶子，把瓶子作為對象來進行分析，如果手一松，瓶子在重力作用下下落.現在手握著，瓶子處于靜止狀態，雖然是靜止的但是它有向下的運動趨勢，這個運動趨勢是瓶子本身受到重力作用而產生的，為什么沒有落下，是因為手對它有一個靜摩擦力阻礙它下落.這個地方手和瓶子之間存在靜摩擦力.有關靜摩擦力存在的例子還很多，例如，人走路時，鞋受到地面對它的摩擦力.手旋開瓶蓋時，手與瓶蓋之間也存在靜摩擦力.筷子提米的實驗中，筷子與米之間也存在靜摩擦力等等.

2如何判斷靜摩擦力的方向

通過上面的闡述，學生已經會判斷什么情況下存在靜摩擦力.但靜摩擦力它也是力，它是矢量，它也是有大小和方向的，那么我們如何確定它的大小和方向？首先，我們來討論一下它的方向問題.通過上面手拉物體的實驗可以知道，在手拉物體沒拉動時，物體相對于桌面有向拉力方向的運動趨勢，由于受到阻礙它運動的靜摩擦力作用沒動.所以靜摩擦力的方向應該與它的相對運動趨勢方向相反.有的同學不能理解相對一詞.在這里要補充運動學的一點知識：一個物體相對于另一個物體位置發生改變稱為運動.相對一詞僅對兩個物體而言的，與其它物體無關.判斷靜摩擦力也是對兩個相互作用的物體來說的.靜摩擦力是阻礙這兩個物體相對滑動，靜摩擦力的方向與它們相對運動的趨勢方向相反.我們還是以手握瓶子作為案例來分析一下，瓶子由于受到重力作用，相對于手有向下的運動趨勢，所以瓶子受到的靜摩擦力的方向與它的相對運動趨勢方向相反，即瓶子受到的靜摩擦力的方向是豎直向上的.因為力的作用是相互的，手本身沒有運動趨勢，但它相對于瓶子來說有向上的運動趨勢，也受到靜摩擦力作用，方向與瓶子受到的靜摩擦力方向相反，它的方向豎直向下.這說明看起來不動的物體也可以受到靜摩擦力作用.關于這一點也可以用牛頓第三定律來解釋，結果是一致的.同樣的方法可以解釋筷子提米的實驗中筷子所受靜摩擦力的方向是豎直向下的.

3如何確定靜摩擦力的大小

對初學者來說如何確定靜摩擦力的大小也是一個難點，關于滑動摩擦力的大小課本直接給出測量的方法是：用彈簧測力計水平拉動水平桌面上的物體，使其勻速直線滑動，彈簧測力計的示數等于物體滑動時受到的摩擦力的大小.其實質上是應用了平衡力的知識來測量滑動摩擦力的大小，這個方法人為操作有難度，很難保證讓物體作勻速直線滑動，可以用一個速度恒定的玩具來代替人手拉動木塊，使其作勻速直線滑動，這樣所測滑動摩擦力的大小比較準確.在實驗成功的條件下，同學們都能夠掌握滑動摩擦力的大小與兩個因素有關：（1）接觸面的粗糙程度；（2）接觸面上的壓力大小.只要這兩個因素不改變，滑動摩擦力就不變；如改變其中一個因素，那么滑動摩擦力的大小就改變.再介紹靜摩擦力大小的時候首先要強調靜摩擦力與滑動摩擦力是有區別的，區別就在與它的大小與滑動摩擦力的大小的影響因素完全不同.還是以課本當中的例子來說明：用手拉靜止在桌面上的物體，沒拉動，物體有向拉力方向的一個運動趨勢，如果增大拉力直到拉動為止，在這個過程中，物體一直處于靜止狀態，但是運動的趨勢越來越明顯，那么它受到的靜摩擦力的大小是如何變化的呢，靜摩擦力是阻礙它運動的，它運動的趨勢越明顯，靜摩擦力也越大，當外力達到足夠大時，靜摩擦力阻止不了，物體就滑動了.通過上面的分析可以看出靜摩擦力的大小與使物體具有運動趨勢的力有關，這個力越大，物體的運動趨勢也就越明顯，物體受到的阻礙它運動的靜摩擦力也越大.由此可以得出一個結論，靜摩擦力大小與使物體具有運動趨勢的外力相等，隨外力的增大而增大.掌握這點就不難解決題目中有關摩擦力的考題了.

例題一個重200 N的物體靜止在粗糙的水平地面上，此時這個物體受到摩擦力N.如果用20 N的力沿水平方向向左拉這個物體，物體沒有被拉動，此時物體受到的摩擦力是N，如果拉力增加到40 N，仍沒有拉動，這個物體受到的摩擦力是N，如果拉力增大到60 N，物體被拉動并做勻速直線運動，此時物體受到的摩擦力N，如果拉力再增加到80 N，物體受到的摩擦力N.

分析（1）物體在沒有拉力的情況下，沒有運動的趨勢，不受摩擦力作用，所以第一空為0 N；（2）拉力從20 N增加到60 N的過程當中，物體雖然處于靜止狀態，但是它在拉力作用下有運動的趨勢，所以受到的摩擦力為靜摩擦力，大小隨拉力增大而增大，第二、三兩空分別填20 N、40 N.當拉力達到60 N時物體作的是勻速直線運動，此時受到的摩擦力為滑動摩擦力，大小就為60 N，最后拉力進一步增大，滑動摩擦力是否變化呢，這時要看看影響滑動摩擦力的兩個因素是否變化，發現接觸面的粗糙程度和接觸面上的壓力大小都沒變，所以滑動摩擦力大小也不變始終等于60 N.這里可以告訴學生當拉力大于滑動摩擦力時物體的運動狀態發生改變，在學完力與運動的關系后就很好理解了.

通過以上陳述，讓學生明確摩擦力分為兩類：一類是滑動摩擦.影響因素：（1）接觸面的粗糙程度；（2）接觸面上的壓力大小.考察滑動摩擦力大小是否變化，就看這兩個因素是否變化；另一類是靜摩擦力.影響因素：使物體具有運動趨勢的外力，隨這個外力的變化而變化.在做題時首先分清是靜摩擦力還是滑動摩擦力.關于靜摩擦力與滑動摩擦力之間的聯系可以順便說明一下，當拉力逐漸增大到一定程度時，物體就會由靜止變為滑動，靜摩擦力就變為滑動摩擦力.也就是說在這過程中靜摩擦力隨外力逐漸增大，增大到一定程度就變為滑動摩擦力.一般情況下最大靜摩擦力比滑動摩擦力略大.