姚小琴 蔡才福

(南京外國語學(xué)校,江蘇 南京 210000)

摩擦力教學(xué)難點(diǎn)形成的原因主要是因?yàn)槟Σ亮哂?個特性,即摩擦力的矢量性、被動性和突變性,學(xué)生難于理解這3個特性．教師有目的地創(chuàng)設(shè)與3個特性相關(guān)的典型情景,并引導(dǎo)學(xué)生對具體情景進(jìn)行分析、總結(jié),從而加深對摩擦力3個特性的理解,是化解摩擦力教學(xué)難點(diǎn)的有效手段．本文就摩擦力的3個特性,結(jié)合平時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的一些情景,對摩擦力問題進(jìn)行歸類分析,這類分析有助于培養(yǎng)學(xué)生思維的條理性、嚴(yán)謹(jǐn)性和深刻性,有助于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力．

1 摩擦力的矢量性

由于滑動摩擦力的方向在很多情況下與物體運(yùn)動方向相反,學(xué)生在學(xué)習(xí)滑動摩擦力時(shí),就誤以為滑動摩擦力的方向總是與物體運(yùn)動方向相反,并形成思維定勢,有的教師不斷強(qiáng)調(diào)滑動摩擦力的方向與相對運(yùn)動的方向相反,但實(shí)際教學(xué)收效甚微,筆者在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)了以下情景,采用遞進(jìn)式設(shè)問,取得了良好的教學(xué)效果．

圖1

情景1:如圖1所示,質(zhì)量為m的物塊放在水平放置的鋼板C上,物塊與鋼板間的動摩擦因數(shù)為μ．由于固定光滑導(dǎo)槽A、B的控制,物塊只能沿水平導(dǎo)槽運(yùn)動．現(xiàn)使鋼板以速度v1向右運(yùn)動,同時(shí)用力沿導(dǎo)槽的方向拉動物塊,使物塊沿導(dǎo)槽A、B,以速度v2勻速運(yùn)動,求水平拉力F的大小．

大多數(shù)學(xué)生錯誤地認(rèn)為物塊所受摩擦力的方向與物塊運(yùn)動方向相反,力F與摩擦力平衡,F=μmg．針對這種情況,筆者設(shè)計(jì)了以下遞進(jìn)式問題.

問題1:物塊與什么物體發(fā)生摩擦?

學(xué)生回答:物塊與鋼板發(fā)生摩擦．

問題2:站在鋼板上看(以鋼板為參照物),物塊向什么方向運(yùn)動?

學(xué)生回答:在俯視圖中向左下方運(yùn)動．

問題3:物塊所受滑動摩擦力方向如何?

學(xué)生回答:滑動摩擦力斜向右上方,與相對運(yùn)動方向相反,與水平向右方向夾角為

圖2

物塊在水平面內(nèi)的受力如圖2所示．

問題4:滑動摩擦力的大小為多少?

學(xué)生回答:滑動摩擦力的大小f=μmg.

問題5:水平拉力F的大小為多少?

學(xué)生回答:由水平面內(nèi)物塊的受力分析可得

通過此具體情景的分析,學(xué)生深刻地認(rèn)識到，滑動摩擦力的方向不是與物體運(yùn)動方向相反,而是與物體相對運(yùn)動的方向相反,并且是相對于與其發(fā)生摩擦的物體.

2 摩擦力的被動性

圖3

由于摩擦力的有無以及摩擦力的大小均依賴于其他因素,如物體的受力情況、運(yùn)動情況、運(yùn)動趨勢等等,因此,摩擦力具有被動性．一般情況下,受力分析時(shí)摩擦力放在重力、電場力、磁場力、彈力后面分析,滑動摩擦力依賴于正壓力,當(dāng)正壓力發(fā)生變化時(shí)滑動摩擦力也隨之變化,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)認(rèn)識不到這個深度,求解這類問題時(shí)常常出錯,針對這種情況,筆者設(shè)計(jì)了以下情景.

情景2:如圖3所示,一個帶正電質(zhì)量為m、電荷量q的小物塊沿一個固定的豎直的木板以初速度v0豎直向下滑動,物塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ為小于1的常數(shù)．物塊和木板均處垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中．物塊運(yùn)動的v-t圖像可能的是

圖4

在求解本題時(shí),大多數(shù)學(xué)生都會漏選,有的學(xué)生甚至錯選(A)選項(xiàng)．針對這種情況,筆者設(shè)計(jì)了以下遞進(jìn)式問題.

問題1:物塊下滑過程中受幾個力?

學(xué)生回答:物塊受重力、洛倫茲力、木板對物塊的支持力、木板對物塊向上的摩擦力．

問題2:如果物塊運(yùn)動速度大小變化了,洛倫茲力會不會隨之變化?

學(xué)生回答:因?yàn)镕洛=qvB,所以洛倫茲力會隨速度大小的變化而變化．

問題3:物塊所受木板的支持力會不會隨洛倫茲力的變化而變化?

學(xué)生回答:因?yàn)镕N=F洛,所以支持力會隨洛倫茲力的變化而變化．

問題4:滑動摩擦力會不會隨支持力的變化而變化?

學(xué)生回答:因?yàn)镕f=μFN,所以滑動摩擦力會隨支持力的變化而變化．

在弄清了這幾個問題以后,學(xué)生很快得出了正確的答案,本題應(yīng)選擇(B)、(C)、(D)選項(xiàng)．通過對此情景的分析,學(xué)生對摩擦力的被動性有更深刻的認(rèn)識，對受力分析的順序也有了更深層次的理解.由于彈力的被動性,應(yīng)放在分析過重力、電場力、磁場力等主動力后分析,而摩擦力依賴于彈力,被動性更強(qiáng),應(yīng)該放在彈力之后分析．

3 摩擦力的突變性

摩擦力有時(shí)會突變，每次碰到這類問題總有大量學(xué)生出錯,有的教師把這一現(xiàn)象歸因于學(xué)生“粗心”,其實(shí),這一現(xiàn)象的真正原因是我們教學(xué)過程中處理不到位．針對這種情況筆者設(shè)計(jì)了摩擦力突變的多種情景,從這些情景分析可知,摩擦力發(fā)生“突變”并不是空穴來風(fēng),它有發(fā)生的前提條件,抓住了這些前提條件,就不容易疏忽摩擦力的突變．

圖5

情景3:如圖5所示,水平傳送帶以a1=0.5m/s2的加速度水平向右運(yùn)動,傳送帶兩端距離為s=14m,將一質(zhì)量為m的物體輕放在傳送帶左端A,此時(shí)傳送帶的瞬時(shí)速度為v0=1m/s,已知傳送帶與物體間的動摩擦因數(shù)為μ=0.1,求物體從傳送帶一端運(yùn)動到另一端所需時(shí)間．

學(xué)生錯解:物體放上傳送帶后,物體受摩擦力方向水平向右,f=μmg,根據(jù)牛頓第二定律a2=μg=1m/s2, 物體在傳送帶上做勻加速直線運(yùn)動,設(shè)歷時(shí)t物體到達(dá)傳送帶的另一端．則

針對這種情況,筆者設(shè)計(jì)了以下反思式問題.

問題1:物體加速到傳送帶右端時(shí)速度為多少?

問題2:物體最終被傳送帶帶動到速度超過傳達(dá)帶的速度,這種情景可能嗎?

學(xué)生回答:不可能.

問題3:此情形說明傳送帶帶動物體的滑動摩擦力能不能一直存在?如果不能,滑動摩擦力何時(shí)消失?

學(xué)生回答:滑動摩擦力不能一直存在,當(dāng)物體與傳送帶速度相同時(shí),滑動摩擦力消失．

問題4:滑動摩擦力消失后,物體是否勻速運(yùn)動?

學(xué)生回答:不是勻速運(yùn)動,因?yàn)閭魉蛶栽诩铀?仍然會“帶動”物體．

問題5:此后傳送帶“帶動”物體的是什么力?

學(xué)生回答:靜摩擦力．

分析清楚這幾個問題以后,學(xué)生很快得出物體在傳送帶上經(jīng)歷了兩段加速運(yùn)動過程,前一段加速過程中動力是滑動摩擦力,后一段加速過程中動力是靜摩擦力,當(dāng)物體加速到與傳送帶速度相同的時(shí)刻,兩者之間由相對運(yùn)動“突變”為相對靜止,摩擦力由滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力．理解了摩擦力的“突變”,學(xué)生通過計(jì)算迅速得出總時(shí)間t=t1+t2=6s的正確結(jié)論．

物理教學(xué)中,教師不僅要把結(jié)論交給學(xué)生,更重要的是創(chuàng)設(shè)出生動、典型的情景,幫助學(xué)生深刻地理解概念、掌握規(guī)律．突破摩擦力教學(xué)難點(diǎn)的情景很多,由于篇幅的限制,僅各舉一例,以餐讀者．