從摩擦力的方向判斷淺談高效課堂

劉彥軍

(山東莒縣第二中學 276500)

高一物理中摩擦力的學習是一大臺階，摩擦力在大小、方向上都是最具有不確定性的，尤其是靜摩擦力的方向.這一節的內容對學生的思維品質有了較高的要求，是從形象思維到抽象思維的要求，是從單因素的簡單邏輯到多因素的復雜邏輯的要求，實現思維品質的提升，需要教師通過典例進行有梯度的逐步引導，在橫向上從平面到斜面拓寬思路，提高分析、歸納、演繹的能力，在縱向上使問題逐步加深，提高學生判斷和推理的能力，學生在各種思維的碰撞過程中體會摩擦力大小、方向的判斷和計算，完成學習任務.

例1 木箱靜止在地面上.現用力推木箱，則木箱可能處于什么狀態？為便于學生的回答和理解，教師要精確設計問題，既能讓學生與經驗相關聯，還要用物理思維去思考問題.

若如圖1(1)，木箱仍靜止，則木箱受到與F反方向的靜摩擦力；若如圖1(2)，木箱沿著F方向運動，則木箱受到與F反方向的滑動摩擦力.初中就學到這兒，關于摩擦力矢量其他更理性、更本質的東西就是我們這堂課要解決的內容.

一、摩擦力產生的條件

由例1得出的結論：木箱相對于地面靜止，木箱受地面給予的靜摩擦力；木箱相對于地面運動，木箱受地面給予的滑動摩擦力.啟發學生的發散思維，學生會舉出好多體會摩擦力的例子：手指摁在課桌上前推，甚至洗澡時搓身上的泥，學生的回答會讓你有意外的驚喜.師生共同討論體會摩擦力的同時，得出摩擦力產生的條件：

物體間接觸、擠壓，是產生彈力的條件，只是從條件上看，物體間有彈力未必有摩擦力，但是物體間有摩擦力則一定有彈力.

二、摩擦力的方向

在圖1中木箱在F作用仍靜止的狀態下受到的靜摩擦力的描述：物體在力F的作用下有相對沿地面向右運動的趨勢，所以地面給木箱一個沿地面向左的靜摩擦力.在圖2中木箱在F作用運動狀態下受到的滑動摩擦力的描述：物體在力F的作用下相對地面向右運動，所以地面給木箱一個沿地面向左的滑動摩擦力.對摩擦力方向的正確判斷最初來自于領會上面的精確描述，要讓學生找出摩擦力的施力物體，并找出物體相對于施力物體的運動趨勢的方向或相對運動的方向.在這里可以得出兩點：①摩擦力的方向與相對運動趨勢的方向或相對運動的方向相反.②摩擦力的方向平行于接觸面，在同一接觸面上的彈力和摩擦力一定相互垂直.要熟練地正確分析摩擦力，還要對“相對運動趨勢的方向”和“相對運動的方向”做更深刻的理解.

1.相對運動趨勢方向的判斷

相對運動趨勢方向就是物體間假設沒有摩擦時物體的相對運動方向.從教學經驗來看，相對運動趨勢的方向如果不這樣點破，在以后解決問題的關鍵時刻，學生容易進入誤區.

例2 對靜止在斜面的物體進行受力分析

物體由于受重力作用而產生沿斜面向下運動的趨勢(沒有摩擦，物體將沿斜面下滑)，斜面給物體以沿斜面向上的靜摩擦力，阻礙物體相對于斜面向下運動.在這里要鍛煉學生組織語言闡述產生摩擦力的能力，使學生深刻記住“相對”二字.分析完重力和彈力，就要特別說明物體受這兩個力不可能靜止在斜面上，開始把受力分析和物體的狀態相結合，有利于檢驗受力分析結果的正確性.

在例2的基礎上進一步的探討：若物體受到沿斜面向上的拉力，再分析物體受到的摩擦力.F足夠小，物體會仍有沿斜面向下運動的趨勢，斜面給物體沿斜面向上的靜摩擦力，如圖2(2)；F足夠大，物體會有沿斜面向上運動的趨勢，斜面給物體沿斜面向下的靜摩擦力，如圖2(3)；進一步分析，則物體與斜面間的摩擦力可能為零.通過分析發現：物體間靜摩擦力的大小和方向都有可能發生變化.本題一定和生活經驗想聯系，建議受力分析時按先重(力)后彈(力)再摩擦(力)的順序，尤其靜摩擦力，一定要最后分析.

例3 物體與傾斜的傳送帶一起(相對靜止)勻速運動物體相對于傳送帶靜止，由于受重力有相對于傳送帶向下運動的趨勢，所以傳送帶給物體一個沿傳送帶向上的靜摩擦力，如圖3，物體受力平衡.由此例可以看出，運動的物體也可以受到靜摩擦力.以傳送帶為參照物，物體是靜止的，但是以地面為參照物，物體是運動的，靜摩擦力阻礙了物體相對于傳送帶的運動，但是物體運動(參照物為地面)的動力.

2.相對運動方向的判斷

例4 如圖4(1)A、B疊放在一起，A用繩子與墻連在一起，用力F將B從A下面抽出，請對B抽出過程中的兩物體受力分析.

A靜止，除了受重力和支持力外，因其相對于B向左運動，所以B給A一個向右的滑動摩擦力Fu，因為A受到向右的滑動摩擦力，所以繩子張緊，給A向左的拉力F.從A的受力可看出靜止的物體可以受滑動摩擦力.B除了受重力和地面給的支持例外，還受到A給予的壓力，A給B水平向左的滑動摩擦力Fu和地面給B的滑動摩擦力Fu′.A、B受力個數與B是否勻速抽出無關.引導學生按先重后彈再摩擦的順序受力分析，養成良好的習慣.

3.深刻理解“相對運動方向”和“運動方向”

例5 如圖5(1)，課本靜止在桌面上，將橡皮放在上面，用力拉課本，試分析課本和橡皮可能的運動狀態及其受力情況.

若A、B一起向右勻加速運動，B在力F的作用下加速，而A由于具有慣性要保持原來的運動狀態，故相對于B有向左運動的趨勢，B給A一個水平向右的靜摩擦力Ff，A受力如圖5(2).B除了受重力和彈力外，首先考慮A給它的反作用力Ff′，再考慮地面給它的滑動摩擦力，B受力如圖5(3).若A相對于B向左滑動，則需將5(2)和5(3)中的Ff和Ff′改成Fu和Fu′，因為A、B已經發生相對運動，摩擦力為滑動摩擦力.就A而言，無論Ff還是Fu都是A相對于B相對運動的阻力，卻是A相對于地面運動的動力.

摩擦力的方向“與相對運動趨勢的方向或相對運動的方向相反”，不對這句話進行深刻的剖析，學生在判斷摩擦力方向時，大部分通過做題經驗來進行，這樣降低了學習效率，更容易使學生產生厭倦情緒，不利于學生學習.本文的五個例題，很好的詮釋了摩擦力方向的判斷和討論：①摩擦力的方向平行于接觸面，與相對運動趨勢的方向或相對運動的方向相反.②靜止的物體可能受到滑動摩擦力，運動的物體也可能受到靜摩擦力.③摩擦力一定阻礙物體間的相對運動，但可能是物體運動的動力.典例很好的幫助學生對摩擦力方向的理解，在教學中取得良好的效果，學生在做題時能在課堂例題中找到線索和依據，便于學生解決問題.