摩擦力教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)

摘 要：摩擦力的教學(xué)是力學(xué)教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。本文根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分三個(gè)方面來突出摩擦力教學(xué)的重點(diǎn)，突破教學(xué)的難點(diǎn)。本文的重點(diǎn)是通過對(duì)典型例題的分析來判定和求解靜摩擦力的方向和大小。

關(guān)鍵詞：教學(xué)；摩擦力

摩擦是自然界普遍存在的物理現(xiàn)象，摩擦力是很重要的力之一，對(duì)我們的日常生活和生產(chǎn)影響很大。在中等職業(yè)學(xué)校的物理教材中，關(guān)于摩擦力的篇幅并不長，給基礎(chǔ)本來就較弱的中職學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的難度。這就要求教師精心備課，認(rèn)真組織教學(xué)。筆者認(rèn)為，在備課和授課過程中，要突出以下三個(gè)方面：

一、摩擦力的定義及產(chǎn)生條件。

1、摩擦力：兩個(gè)互相接觸的物體，當(dāng)它們要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力就叫做摩擦力。

學(xué)習(xí)物理課程，對(duì)概念的理解和把握很關(guān)鍵。在解釋定義時(shí)，要抓住兩點(diǎn)：①兩物體要直接接觸②兩物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

上圖一至五所示，物體B放在粗糙的水平面上，物體A放在物體B上，物體A相對(duì)物體B都是靜止的。由于物體A沒有與水平面直接接觸，所以物體A與水平面之間不可能存在摩擦力。

圖一物體B、A在水平面上靜止不動(dòng)，因而物體B與水平面之間、物體A與物體B之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以兩處不存在摩擦力。

圖二在物體B上作用一水平力，但物體B仍保持靜止。此時(shí)，物體B與水平面之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因而它們之間存在有摩擦力；物體A與物體B之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因而它們?cè)诮佑|處沒有摩擦力。

圖三物體B在水平力的作用下與物體A一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，B與水平面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而存在摩擦力；因?yàn)槭桥cB一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以物體A相對(duì)于物體B沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因而它們之間沒有摩擦力。

圖四物體B在水平力的作用下帶動(dòng)A一起做加速運(yùn)動(dòng)，圖五物體B在水平力的作用下帶動(dòng)A一起做減速運(yùn)動(dòng)。物體A由于慣性相對(duì)B在圖四中有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，在圖五中則有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因而這兩種情況下A、B之間有摩擦力存在。

2、產(chǎn)生摩擦力的必備條件。通過對(duì)摩擦力定義的解釋和對(duì)上述例題的分析，可以得到物體之間產(chǎn)生摩擦力，必須要具備以下三個(gè)條件：第一物體間相互接觸、擠壓；第二物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)；第三接觸面不光滑。

二、摩擦力的方向判定

摩擦力的方向：與接觸面相切，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反.

對(duì)于存在相對(duì)滑動(dòng)的情況，即滑動(dòng)摩擦力的方向容易判定，它阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，所以它與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。對(duì)于存在相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的情況，即靜摩擦力的方向判定，則是一個(gè)難點(diǎn)。

1、滑動(dòng)摩擦力的方向判定：

圖三、圖四和圖五中，物體B在水平面上向右滑動(dòng)，在物體B與水平面間，物體B 所受滑動(dòng)摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，即方向向左。即滑動(dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。

2、靜摩擦力的方向判定：

對(duì)于圖二，因物體B在水平力的作用下有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以在物體B與水平面之間，物體B所受的靜摩擦力的方向與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，即方向向左。

在圖四中，物體A與物體B一起向右做加速運(yùn)動(dòng)，由于慣性，A相對(duì)于B有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以在A、B接觸面間，A物體所受的靜摩擦力的方向向右；圖五中，物體A與物體B一起向右做減速運(yùn)動(dòng)，由于慣性，A相對(duì)于B有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以在A、B接觸面間，A物體所受的靜摩擦力的方向向左。

圖六所示，重量為G的物體放在傾角為α的斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài)。該物體在下滑力Gsinα的作用下有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以物體與斜面間的摩擦力平行于斜面向上。

圖七所示重量為G的物體M在平行于斜面向上的力F作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)物體與斜面間是否存在摩擦力，摩擦力方向如何就要分以下三種情況進(jìn)行具體分析：

①當(dāng)作用力F

②當(dāng)作用力F=Gsinα?xí)r，下滑力Gsinα與作用力F構(gòu)成平衡，因而物體與斜面間不存在摩擦力；

③當(dāng)作用力F>Gsinα?xí)r，作用力F克服下滑力Gsinα使物體有沿向斜面向上滑動(dòng)的趨勢(shì)，因而此時(shí)摩擦力的方向沿斜面向下。

由上述分析可知：滑動(dòng)摩擦力的方向，與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反；靜摩擦力的方向，可由物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或由二力平衡知識(shí)來確定，與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反.

三、摩擦力的大小確定：

滑動(dòng)摩擦力的大小確定比較容易，靜摩擦力的大小確定則又是一個(gè)難點(diǎn)。

1、滑動(dòng)摩擦力大小的確定：滑動(dòng)摩擦力大小的計(jì)算公式為

f =μN(yùn)

從計(jì)算式可以看出：滑動(dòng)摩擦力的大小只與滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ和接觸面間的正壓力N兩個(gè)因素有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ值跟互相接觸的兩個(gè)物體的材料和兩物體的接觸面的情況有關(guān)。圖三、圖四、圖五三圖中，只要兩物體的重量相同，物體B與水平面的材料和接觸面的粗糙程度相同，那么不管它們是做勻速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)，物體B與水平面間的摩擦力大小都是f =μN(yùn) =μ（GA+GB）。

如圖八所示，重量為G的物體放置在傾角為β的斜面上在水平力F1的作用下沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。物體的受力分析如圖九所示。圖十為將圖九中G和F1進(jìn)行正交分解后得到的受力圖。則物體對(duì)斜面的正壓力N=GCOSβ+F1sinβ，物體在斜面上所受的摩擦力f =μN(yùn) =μ（GCOSβ+F1sinβ），f的方向沿斜面向下。

2、靜摩擦力大小的確定：靜摩擦力是兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)存在的摩擦力。它的大小會(huì)發(fā)生變化。它不能按公式f =μN(yùn)來計(jì)算，而要根據(jù)力的平衡方程來求解。

如圖十一所示，重量為G的物體放在水平面上，在外力F的作用下保持靜止。當(dāng)外力為0時(shí)，物體與水平面間的摩擦力為0；當(dāng)F逐漸增大時(shí)，物體所受的靜摩擦力也隨之逐漸增大，根據(jù)二力平衡，物體所受摩擦力大小與外力的大小相等。當(dāng)F增大到一定限度時(shí)，物體就不能保持靜止而在水平面上開始滑動(dòng)。這個(gè)最大限度的靜摩擦力叫做最大靜摩擦力。最大靜摩擦力等于靜摩擦因數(shù)乘以正壓力。即fmax=μ靜N。滑動(dòng)摩擦力的大小小于最大靜摩擦力，但一般情況下認(rèn)為兩者相等。