田方嫻

(上虞市春暉中學(xué) 浙江 紹興 312353)

縱觀近幾年高考，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)上鏡率最高的模型——“斜面-滑塊”模型．無論是判斷物塊的運(yùn)動(dòng)還是斜面的情況，受力分析是解決這類問題的關(guān)鍵.而在受力分析中，有一個(gè)力的分析是最為困難的，因?yàn)樗偸潜粍?dòng)的產(chǎn)生、默默的存在，特別是方向的判斷，還要分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，這個(gè)力就是摩擦力．我們把它稱之為“最熟悉的陌生人”．本文以這個(gè)最常見的模型為突破口，為大家揭開它的神秘面紗．

1 物理規(guī)律“錯(cuò)中引”

易錯(cuò)題目展示

【例1】一物體恰能在一個(gè)斜面體上沿斜面勻速下滑．在其勻速下滑的過程中突然給它施加一個(gè)垂直斜面向下的恒力F，斜面仍靜止不動(dòng). 此時(shí)斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖1

當(dāng)這么一個(gè)題目直接拋給學(xué)生時(shí)，大部分學(xué)生的思路是混亂的，常見的想法有以下幾種.

(1)認(rèn)為力F斜向左下作用，故對(duì)斜面有一個(gè)斜向左下的力，為了維持斜面的平衡，地面給斜面的靜摩擦力向右．

(2)發(fā)現(xiàn)物塊將沿斜面向下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，有一個(gè)沿斜面向上的加速度，其水平分量向左，而斜面靜止，由系統(tǒng)牛頓第二定律，得出水平面受到水平向左的摩擦力．

(3)雖然知道選項(xiàng)D肯定不會(huì)選，但本身的確無法判斷其大小和方向．

引導(dǎo)學(xué)生從這類題目我們最熟悉的原型出發(fā)，來找找解決這類題目的規(guī)律．

2 物理規(guī)律“淺中來”

【例2】如圖2，一質(zhì)量為M，傾角為θ的斜面體靜置在粗糙水平面上，一質(zhì)量為m的物體A靜止于斜面上，下述結(jié)論正確的是

A.斜面體對(duì)地面的壓力大于(M+m)g

B.斜面體對(duì)地面的壓力等于(M+m)g

C.斜面體對(duì)地面的摩擦力為零

D.斜面體對(duì)地面的摩擦力不為零

圖2

學(xué)生往往能很快地應(yīng)用整體法來得出正確答案為B,C．接著引用2011年高考海南卷試題，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)樵谛泵嫔蟿蛩傧禄?/p>

【例3】如圖3，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物塊正在沿斜面以速度v0勻速下滑，斜劈保持靜止，則地面對(duì)斜劈的摩擦力

A.等于零

B.不為零，方向向右

C.不為零，方向向左

D.不為零，v0較大時(shí)方向向右，v0較小時(shí)方向向左

圖3

引導(dǎo)學(xué)生從整體法和作用力與反作用力的兩個(gè)不同的角度來分析，可以體會(huì)出整體法的便捷和作用力與反作用力解法的嚴(yán)謹(jǐn)，各有利弊．

接著在該題的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步，原本勻速運(yùn)動(dòng)的物體上再施加一個(gè)沿斜面方向的外力F，如圖4．

圖4

【例4】如圖5所示，一物體恰能在一個(gè)斜面體上沿斜面勻速下滑，可以證明出此時(shí)斜面不受地面的摩擦力作用，若沿斜面方向用力F向下推此物體，使物體加速下滑，斜面依然和地面保持相對(duì)靜止，則斜面受地面的摩擦力是

A.大小為零

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖5

本題的特征是物體加速運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)物體加速度不同，整體法分析問題遇到了困難，但是學(xué)生可以與勻速下滑時(shí)比較，物塊對(duì)斜面的正壓力和摩擦力都沒有變化，斜面受力情況不變．有了前面幾題的鋪墊，本題的解答，學(xué)生水到渠成．同時(shí)為了做好最開始易錯(cuò)題的解答，再次引導(dǎo)學(xué)生從受力分析來研究，看看是否能得出相同的結(jié)果.

在學(xué)生進(jìn)行受力分析時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生采用正交分解的方法判斷斜面體所受摩擦力的大小和方向．結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓力和摩擦力的水平分量還是一樣，剛好抵消．

回歸原題

圖6

有了前面的基礎(chǔ)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)此時(shí)物體對(duì)斜面的正壓力和摩擦力都發(fā)生了變化，所以用剛才的受力分析方法來比較.此時(shí)壓力的水平分量和摩擦力的水平分量到底誰大？分析結(jié)果得到仍舊為零，是巧合還是必然？引起學(xué)生的好奇．

仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)施加了F后，正壓力和摩擦力是等比例增加的，所以沒有施加力時(shí)物塊對(duì)斜面作用力的方向和施加力時(shí)作用力的方向是相同的．

進(jìn)一步深入，給物塊施加的力再任意一些，結(jié)果又會(huì)如何呢？

圖7

【例5】一物體恰能在一個(gè)斜面體上沿斜面勻速下滑．現(xiàn)用一與斜面成α角的推力推此物體,如圖8所示，使物體沿斜面加速下滑，則斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖8

因?yàn)槿我庖粋€(gè)力都可以分解成平行于斜面和垂直斜面兩個(gè)分力，由上面的兩個(gè)例子，可以發(fā)現(xiàn)毫無懸念，本題的答案還是A，不受摩擦力！

3 物理規(guī)律“比中尋”

通過如圖9所示的以一展五比較，我們可以發(fā)現(xiàn)

結(jié)論：當(dāng)一個(gè)物體恰能沿斜面勻速下滑，則無論是否對(duì)它施加其他外加力，斜面體和水平地面之間始終不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)．

啟發(fā)：若一個(gè)物體在受到外加力后沿斜面下滑的過程中，斜面體不受地面的摩擦力，則撤去外加力后，物體一定沿斜面勻速下滑．

圖9

規(guī)律應(yīng)用1：加入磁場(chǎng)，規(guī)律不變.

【例6】一物體恰能在一個(gè)斜面體上沿斜面勻速下滑．現(xiàn)在空間加上一垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并讓物體帶上正電，使它以一定的初速度沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中(如圖10)，斜面仍靜止不動(dòng)，則此時(shí)斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖10

4 物理規(guī)律“變中拓”

對(duì)于物理規(guī)律，不僅要求學(xué)生理解，而且要求會(huì)靈活運(yùn)用、舉一反三．因?yàn)檎莆瘴锢硪?guī)律的目的就在于能夠運(yùn)用物理規(guī)律去解決問題．運(yùn)用的過程，就是將抽象的物理規(guī)律轉(zhuǎn)化為具體的過程，從而完成認(rèn)識(shí)上的第二次“飛躍”．

【例7】如圖11，質(zhì)量為M的斜面體放在水平地面上，質(zhì)量為m的粗糙物塊以某一初速度沿斜面向上滑，至速度為零后又加速返回，而斜面體M始終保持靜止，則在物塊m上、下滑動(dòng)的整個(gè)過程中

A．地面對(duì)斜面體M始終沒有摩擦力

B．地面對(duì)斜面體M的摩擦力先向右后向左

C．地面對(duì)斜面體M的摩擦力方向一直向左

D．地面對(duì)斜面體M的摩擦力方向一直向右

參考答案：D

圖11

推廣：進(jìn)一步設(shè)想，物體原本加速或減速下滑時(shí)，是否也存在類似的規(guī)律呢？若物體上滑呢？

拓展規(guī)律：斜面體和水平地面之間的摩擦力存在與否及方向如何，與斜面體上物體是否受到外加力或這些外加力的大小方向均無關(guān)，只與物體在不受外加力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)．

(1)勻速下滑時(shí)，斜面體不受地面摩擦力的作用

(2)勻變速下滑時(shí)，斜面體受到地面摩擦力的作用，方向與物體運(yùn)動(dòng)的加速度a在水平方向的分量相同．

(3)若物體上滑，則斜面體受到地面的摩擦力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向的水平分量相反．

【例8】如圖12所示，放在固定斜面上的物塊以加速度a沿斜面勻加速下滑，若在物塊上再施加一個(gè)豎直向下的恒力F，則

A．物塊可能勻速下滑

B．物塊將以加速度a勻加速下滑

C．物塊將以大于a的加速度勻加速下滑

D．物塊將以小于a的加速度勻加速下滑

圖12

根據(jù)以上總結(jié)的規(guī)律，可以非常方便地得出本題的答案是C．

規(guī)律應(yīng)用2：

【例9】如圖13，斜劈A靜止放置在水平地面上．質(zhì)量為m的物體B在外力F1和F2的共同作用下沿斜劈表面向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)F1方向水平向右，F(xiàn)2方向沿斜劈的表面向下時(shí)，斜劈受到地面的摩擦力方向向左，則下列說法中正確的是

A．若同時(shí)撤去F1和F2，物體B的加速度方向一定沿斜面向下

B．若只撤去F1，在物體B仍向下運(yùn)動(dòng)的過程

中，A所受地面摩擦力方向可能向右

C．若只撤去F2，在物體B仍向下運(yùn)動(dòng)的過程中，A所受地面摩擦力方向可能向右

D．若只撤去F2，在物體B仍向下運(yùn)動(dòng)的過程中，A所受地面摩擦力不變

圖13

參考答案：A，D

結(jié)語：通過以上“一引、二來、三尋、四拓”四步走的方法，能夠讓學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的掌握知其然，更知其所以然．

總之，在物理規(guī)律的教學(xué)過程中，我們教師要認(rèn)真研究教材的深度和廣度，充分展開教與學(xué)的雙邊活動(dòng)，按照由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，輔之以設(shè)疑引入、模型建立、推理概括、延展拓寬等教學(xué)手段，使概念、規(guī)律的教學(xué)過程符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，如此方可取得良好的教學(xué)效果．

參考文獻(xiàn)

1 徐立海，孔賽芝.物理教學(xué)中的“原型啟發(fā)”策略.物理教師,2010(11)：23～24

2 李磊.“應(yīng)運(yùn)而生,隨運(yùn)而變”與“應(yīng)力而生,隨力而變”——談“靜摩擦力”的特點(diǎn).物理教師，2010(9):11