高中物理“摩擦力突變問題”的多維度設(shè)計

摘 要：摩擦力是力學(xué)知識中的重點，也是高中物理的教學(xué)重難點，學(xué)生在解題的過程中經(jīng)常感到吃力。本文將其突變問題分為幾個常見種類，并從中找到解決問題的方法，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：滑動摩擦力;靜摩擦力;突變

中圖分類號：G427文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2095-624X（2019）41-0067-02

引言

在最近幾年的高考中，摩擦力是一項必考的內(nèi)容，關(guān)于摩擦力的突變問題更是常常出現(xiàn)，并且其種類極為多樣，常有關(guān)于該項作用力方向與大小的突變內(nèi)容。通常情況下，突變就是物體從一種狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變成另一個狀態(tài)，在較短的時間內(nèi)變化的一個重要過程。當(dāng)物體在運(yùn)動或者受力出現(xiàn)變化時，該項作用力就經(jīng)常會出現(xiàn)突變問題，進(jìn)而使物體本身的運(yùn)動性質(zhì)及受力狀況受到影響。在突變的位置上一般包含非常大的隱含性，學(xué)生在解題的過程中經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，因此，教師必須加大對該問題的教學(xué)設(shè)計。

一、“靜——動”

這類情況通常是物體在摩擦力和其他作用力之下處于靜止的狀態(tài)中，一旦其他的力有所改變，倘若該物體無法保持最基本的靜止，那么其本身所受到的靜摩擦力就會出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)滑動摩擦力[1]。

例1：如圖1，一個長長的平面上放了一個木塊，最初，該平面處于水平狀態(tài)，現(xiàn)在讓木板從原先的位置開始逆時針轉(zhuǎn)動，也就是其夾角α漸漸變大，木板的另外一端始終保持不變，那么木塊受到的摩擦力f隨著α的改變而發(fā)生的改變應(yīng)該屬于圖2中的（ ）。

解析：木塊受到的該項作用力及相應(yīng)的變化情況主要有五種。

第一，木板最開始處于水平位置時，α=0，所以這時候木塊是不受摩擦力影響的。

第二，當(dāng)把木板開始轉(zhuǎn)動時，這時候木塊本身受到的該項作用力F靜：在最開始時，它相對木板是靜止的，因此它受到的就是靜摩擦力;當(dāng)它慢慢開始轉(zhuǎn)動時，就可以將它看作處在平衡狀態(tài)中，從其基本的平衡關(guān)系中能夠得到，靜摩擦力與木塊重力沿著斜面向下的分力，即F靜=mgsinα，會隨著α的增大而不斷增大，整體屬于正弦規(guī)律變化，因此圖像應(yīng)該是正弦曲線的函數(shù)圖像。

第三，在木塊將要滑動但是還沒有滑動時，F(xiàn)靜就會達(dá)到最大，當(dāng)α開始不斷變大時，木塊就會馬上滑動起來，這時候靜摩擦力就會變成動摩擦力，同時滿足F靜m>F動。

第四，在滑動實現(xiàn)之后，F(xiàn)滑=μmgcosα，所以這時候滑動摩擦力就會隨著α的變大而降低，就和余弦規(guī)律變化情況相一致，那么最終的圖像就是余弦的函數(shù)圖像。

第五，α=π/2，F(xiàn)靜=0。

所以C答案是正確的。

二、“動——靜”

這種情況是在受到摩擦力及其他力的影響之下，那些一直不斷減速的物體馬上終止滑行，那么它就不會再受到該作用力的影響，或者是直接變成了靜摩擦力。

例2：如圖3，將一個重為G的物體，使用水平推力F=kt（k是恒量，t是時間）壓在一個平面上，那么從k=0開始時它受到的摩擦力隨著t的變化而變化，其關(guān)系應(yīng)該是圖4中的（ ）。

解析：

第一，因為它所受到的水平推力是F=kt，當(dāng)t=0時，水平推力F=0，這時候它受到的滑動摩擦力就是0。當(dāng)F比較小的時候，它受到的Ff小于物體本身的重力G，當(dāng)物體開始沿著墻面向下滑動時，這時所產(chǎn)生的就是滑動摩擦力。

第二，當(dāng)其壓力F一直變大時，物體本身受到的滑動摩擦力Ff就會相應(yīng)變大，當(dāng)其最終與重力G相等時，因為慣性的存在，所以它是無法馬上終止運(yùn)動的，這時它所受到的摩擦力依然是滑動摩擦力。

第三，當(dāng)t不斷變大時，推力F在不斷變大，當(dāng)Ff>G，物體一直做減速運(yùn)動直到停止，這時候會突變成靜摩擦力，它和正壓力之間并沒有過大的關(guān)系，由于它是處在靜止?fàn)顟B(tài)的，也就是不管推力怎么變大，也不會給靜摩擦力帶來影響，所以這時候靜摩擦力與重力G是相等的，因此正確答案是B。

三、“動——動”

這種情況主要是摩擦力和其他力處在運(yùn)動過程中，而滑動摩擦力則在產(chǎn)生相對運(yùn)動的物體當(dāng)中，當(dāng)其速度相同時，物體本身受到的滑動摩擦力的方向和大小都會出現(xiàn)突變，這種問題通常出現(xiàn)在傳送帶模型中，在具體解題過程中往往需要和加速度等物理量聯(lián)系在一起[2]。

結(jié)語

總的來說，摩擦力的突變問題是高中物理教學(xué)的重難點，各種物理量會在一瞬間產(chǎn)生變化，學(xué)生在解題過程中通常難以捕捉到這些，所以教師在教學(xué)過程中要從多個維度對其突變問題進(jìn)行設(shè)計，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)知識整合，而且可以提高學(xué)生解決問題的能力，進(jìn)而提高他們的學(xué)習(xí)效率。

[參考文獻(xiàn)]

趙會明.摩擦力問題的分類處理[J].中學(xué)物理，2017，35（02）：49-51.

孫飛.摩擦力的三類“突變”[J].新高考：高一物理，2017（01）：14+23.

作者簡介：王維寧（1979.3—），男，甘肅慶陽人，本科學(xué)歷，一級教師。