滑動摩擦力的方向判斷技巧

彭遷

高考考試大綱對滑動摩擦力劃定為“I”類要求，需要知道其內容及含義，并能在有關問題中識別和直接使用，與課程標準中的“了解”和“認識”相當。筆者認為如此劃定是有待商榷的，滑動摩擦力以其方向上的特殊性，在物體受力分析、共點力的分解與合成、動力學問題的處理方面，都有著重要的影響。把滑動摩擦力提升到“理解”和“應用”的層面是比較合適的，不僅要學生達到理解其確切含義及與其它知識的聯系，還要能夠敘述和解釋，并能在實際問題的分析、綜合、推理和判斷等過程中進行運用。因此，在實際教學活動中，應該加強對滑動摩擦力相關內容的重視，尤其是滑動摩擦力的方向的重視。

教材中對滑動摩擦力有這樣的定義：兩個物體相互接觸并擠壓，當它們沿接觸面發生相對運動時，每個物體的接觸面上都會受到對方作用的阻礙相對運動的力，這種力叫做滑動摩擦力。定義指明了滑動摩擦力產生的條件，具體可以歸納為四點：接觸、有彈性形變、接觸面粗糙、有相對滑動。四個條件是“且”的邏輯運算關系，只有四個條件同時成立，才會有滑動摩擦力的產生。有摩擦力的存在，才有對其描述的現實物理意義。力是矢量，要準確地描述滑動摩擦力，就應該包括大小和方向兩個方面。滑動摩擦力大小的計算方法在此不贅述，詳見教材。本文重點就滑動摩擦力方向的判斷闡明筆者的心得體會。定義中指明滑動摩擦力要阻礙相對運動，也就是滑動摩擦力的方向與相對運動方向相反。學習心理規律表明，剛剛進入高一階段的學生，消化理解這種抽象的概念型描述還存在不小的難度，此階段學生對具象物理模型和程序化操作方法存在很大依賴。筆者堅信突破這一教學難點關鍵在于，解釋清楚什么是相對運動，交代怎樣尋找相對運動方向。在此，結合教育科學出版社物理必修1第二章第四節“討論交流”為例進行說明。

一、明確研究對象

力是物體與物體之間的相互作用，是施力物體與受力物體之間的相互作用，兩者必然同時存在。施力物體與受力物體具有相對性，當確定兩物體間存在相互作用的滑動摩擦力時，根據具體物理情境明確研究對象，并視研究對象為受力物體，相互作用的另外一個物體就是施力物體。當判斷貨物A受到的滑動摩擦力的方向時，研究對象即為貨物A，是受力物體，汽車B則是施力物體。

二、判斷相互作用的兩物體間的運動效果

要確定一個物體的位置并描述它的運動情況，就需要選定一個參考系作為參照，在有參考系的情況下描述物體的位置和運動情況才具有現實物理意義。當然，選定的參考系不同，對同一研究對象運動情況的描述可能會不一樣。所謂“相對運動”，這個相對就是指的相對于選定的參考系，相對于選定的參考系而言，判斷物體的運動情況。中學階段，一般選取地面為參考系。根據施力物體與受力物體相對于地面的運動情況（中學階段只要求兩物體運動方向在同一直線的情形）。在一維空間內判斷施力物體與受力物體是在相互靠近，還是相互遠離。靠近或遠離的狀態就是兩者間相對于地面的運動效果。取地面為參考系時，汽車的速度大于貨物的速度，在相同的時間內，汽車向右前進的距離大于貨物向右前進的距離。此時，可以看到貨物A離汽車B右端越來越遠的運動效果。

三、確定相對運動方向

物體間的運動效果不會因為參考系的改變而發生變化。以同學甲從圖書館三樓下降到二樓為例，在該物理情境中，不論以地面、三樓、二樓，還是其它物體作為參考系，得到的結果都是同學甲在圖書館下降了一層樓的高度。判斷出運動效果后，以施力物體為參考系，一旦作為參考系，不論施力物體處于何種運動情況，都認為施力物體是靜止的。要實現兩物體間運動效果不變，受力物體相對于施力物體的運動方向即是相對運動方向。受力物體受到的滑動摩擦力的方向即與該方向相反。討論貨物A受到的滑動摩擦力方向時，就要以施力物體汽車B為參考系，參考系變了但貨物A離汽車B右端越來越遠的運動效果不變。汽車B一旦作為參考系，就要認為汽車B是靜止的，則貨物A相對于參考系向左運動，即相對于施力物體汽車B而言，貨物A向左運動。貨物A所受到的滑動摩擦力方向就恰好與這個相對運動方向相反，即向右。

若要判斷汽車B受到的滑動摩擦力的方向時，汽車B作為研究對象，是受力物體，貨物A則是施力物體。先以地面為參考系，可以看到貨物A離汽車B右端越來越遠的運動效果。再以施力物體貨物A為參考系，認為貨物A靜止不動，要實現A離B右端越來越遠的運動效果，則汽車B相對于參考系向右運動，汽車B所受貨物A施加的滑動摩擦力方向就應該向左。

在實際的教學過程中，為強化學生對這一方法的理解與運用，可以充分地利用上述例子，將“汽車B速度大于貨物A速度”改為“汽車B速度小于貨物A速度”，其它條件不變，創造出另一種物理情境，要求學生判斷貨物A受到汽車B施加的滑動摩擦力的方向，以及汽車B受到的貨物A施加的滑動摩擦力的方向。既實現了教學情境的完整性，又形成對比，促進學生對比思考、理解認知，從而提高本考點教學效率。

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