巧設習題 突破靜摩擦力教學之難點

吳 俊

(廣東省廣州市廣州大學附屬中學物理科 510050)

靜摩擦力是高一物理力學學習中一個重點內容，它的性質特殊，變化多端，運用廣泛，所以同時是一個難點內容.物理習題不僅僅具備訓練學生的作用，巧妙的選擇和設計習題，能夠幫助學生更好的理解知識點，突破難點.本文針對靜摩擦力教學的三個難點，分別設計了相應的例題及變式，力爭達到使學生學得輕松、學得扎實、學得高效的教學效果.

一、難點1——認為“受靜摩擦力的物體一定是靜止的”.

當物體具有相對滑動趨勢時，物體間產生的摩擦叫靜摩擦力.從靜摩擦力的定義中，要認識到靜摩擦力的“靜”是指研究對象與相接觸的物體之間是相對靜止，沒有相對滑動，但并非絕對靜止，即物體是可以運動的.這一點許多同學很容易出錯.在學習這個內容時，可以設置概念的辨析題讓學生先進行練習，而后結合容易理解的生活例子進行講解，這樣學生的認識就會深刻得多.

例1 關于靜摩擦力的說法，下列正確的是( ).

A.受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的；

B.運動的物體可能受到靜摩擦力；

C.兩個相對靜止的物體之間一定有靜摩擦力的作用；

D.兩個物體間存在靜摩擦力，這兩個物體一定是相對靜止.

此題目的答案為BD選項.對其進行解析，只需要舉一個例子就可以讓學生理解清楚.

如圖1所示，隨傳送帶一起斜向上勻速運行的煤，受到傳送帶的靜摩擦力作用.

對煤的運動狀態進行分析，煤具有相對傳送帶向下滑動的趨勢，但與傳送帶之間無相對運動，所以，煤所受到的摩擦力為靜摩擦力，方向是沿斜面向上.但是，煤相對地面是具有沿斜面向上的速度.可見，運動的煤也可能受到靜摩擦力.

但本習題的目的并不是簡單的得到答案，所以教師通過舉例子使學生能夠理解之后，應該要適當總結，提高學生認識的高度，重點就是深化靜摩擦力中“靜”字的含義.因認識到“靜”的含義，可以幫助學生正確判定物體是受到滑動摩擦力，還是靜摩擦力，這是我們解決有關摩擦力問題的第一步.于是，在經過此題的練習后，可以設置另外一個情境，考驗學生是否真正理解靜摩擦力的含義.

例2 一個粉筆盒放在桌面上，一把尺子在粉筆盒的上表面滑過，粉筆盒靜止在桌面上不動，請問，尺子對粉筆盒的摩擦力是滑動摩擦力還是靜摩擦力？

這個題目中粉筆盒的運動狀態是靜止的，如果學生對靜摩擦力的“靜”字理解不透的話，很容易判斷為靜摩擦力.利用這個題目，再次強調靜摩擦力的“靜”是研究對象與接觸物體之間相對靜止.如果對于程度較好的學生，還可以就此題目繼續追問，經過思辨，學生肯定會有更加清晰的認識.

變式1 一個粉筆盒放在桌面上，一把尺子在粉筆盒的上表面滑過，粉筆盒靜止在桌面上不動，請問，桌面對粉筆盒是否有摩擦力的作用？如果有的話是靜摩擦力還是滑動摩擦力？

解決這個問題，要求學生還能靈活運用二力平衡的知識，故面向的對象應該是學習程度較好，懂得綜合應用知識的學生.最后，教師可以與學生一起總結：“受到靜摩擦力的物體不一定是靜止的；受到滑動摩擦力的物體不一定是運動的.”

二、難點2——認為“靜摩擦力總是阻力”

靜摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對運動趨勢，但不一定阻礙物體間的實際運動，可以是阻力，可以是動力.但學生往往就將摩擦力與阻力等同起來，認為靜摩擦力就是阻力.在學生懂得動力與阻力定義的基礎上，這個問題的判斷實際上就變成關于靜摩擦力方向的判斷問題，即靜摩擦力的方向是否可能與物體的運動方向相同.這個難點可以與難點1聯系起來討論，直接將傳送帶運送煤的例子改為習題，學生對剛剛分析的情境比較熟悉，方便理解，能夠將注意力集中在方向的討論上.這樣，可以達到我們所提倡的使學生學得輕松、學得扎實、學得高效的教學效果.

例3 如圖3所示，隨傳送帶一起斜向上勻速運行的煤，下列說法正確的是( ).

A.傳送帶對煤的靜摩擦力方向沿斜面向上；

B.傳送帶對煤的靜摩擦力方向沿斜面向下；

C.傳送帶對煤的靜摩擦力是煤的動力；

D.傳送帶對煤的靜摩擦力是煤的阻力.

此題目的答案為AC選項.首先，教師必須明確告訴學生動力與阻力的定義.然后，結合煤的運動及受力分析得到結論.煤具有相對傳送帶向下滑動的趨勢，所以煤的靜摩擦力是沿斜面向上，同時，煤相對地面也是沿斜面向上運動.可見，靜摩擦力方向與運動方向相同，為動力.

通過上述的例題分析后，教師應當進行總結：靜摩擦力的方向是一定相對運動趨勢的方向相反，但有可能與物體的運動方向相同，所以，靜摩擦力有可能是動力，也可能是阻力.通過這樣的學習過程，學生就會逐漸養成結合例子對物理概念進行辨析的習慣，使得物理概念不再是干巴巴的文字，而是立體化的情境.

三、難點3——理解靜摩擦力的大小必須隨外界環境的變化而變化

靜摩擦力是在相對靜止狀態產生的力，使物體保持相對靜止是靜摩擦力的作用效果，所以靜摩擦力就必須具有隨外力、運動的加速度等變化而變化的性質，即靜摩擦力具有隨外界因素變化而變化的“可變性”和“被動性”.這是靜摩擦力的特殊性質.靜摩擦力的這種變化的性質，簡單的情形學生是容易理解的，例如：水平面一個物體受到一個水平拉力F保持靜止,物體受到靜摩擦力f=F，如果F增大，靜摩擦力f也隨之增大，如果F減少，靜摩擦力f也隨之減少.但是，情形稍微復雜些，學生就很容易出現錯誤，原因就是學生的理解還不夠深刻，所以可以通過設置例題來幫助學生理解.

例4如圖4所示，木塊放在水平桌面上，受水平向右的力F1=10N，水平向左的力F2=2N及摩擦力作用下處于靜止狀態，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力大小和方向( ).

A.8N方向水平向右

B.6N方向水平向右

C.2N方向水平向右；

D.0N

此題選C.分析題目，撤去F1前，物體所受的摩擦力為靜摩擦力，大小為8N，水平向右.撤去F1后，靜摩擦力應該隨之改變，因為靜摩擦力的效果就是保持物體相對靜止，此時物體受水平向左的力2N的作用，只需要水平向右2N的摩擦力就可以保證物體保持相對靜止.但是，學生常常會孤立起來看問題，認為物體仍然受到摩擦力不變，然后物體會運動起來，有的甚至會用認為原來8N的摩擦力與2N推力作用抵消后，6N即為所受新的摩擦力大小.通過這個例子，目的就是啟發學生不能孤立靜止地看待靜摩擦力的問題，不能總把靜摩擦力按恒力來處理，不要先急于計算靜摩擦力，要觀察條件分析各種影響摩擦力的因素，包括其他力的合力，物體的加速度等等.

同樣，對于程度較好的學生，此題仍然可以做變形，從而加深學生對滑動摩擦力與靜摩擦力差異的認識.將題目中物體的運動狀態做簡單改變即可，將木塊靜止改為勻速運動，題目如下.

變式2木塊放在水平桌面上，受水平向右的力F1=10N，水平向左的力F2=2N及摩擦力作用下，水平向右做勻速直線運動，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力大小和方向( ).

A.8N 方向水平向左

B.6N 方向水平向左

C.2N 方向水平向左

D.0N

此題選A.這個題目僅是物體的運動狀態發生了改變，但是情形就完全不同了，此時物體所受的摩擦力不再是靜摩擦力，而是滑動摩擦力，兩個摩擦力的性質完全不同.通過這個題目，使學生認識到解決此類問題首先必須判斷出物體受到的摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力.

同時，加深了學生對兩種摩擦力差異的理解，提示學生將所學的內容進行比較，提高學習的效率.

靜摩擦力是高中物理力學中的一個教學難點，而且這個知識點會與后續的很多內容相關聯，在起始年級奠定學生的扎實基礎，對學生在高三的提高加深學習會起到很好的促進作用.