賈艷萍

(浙江省舟山中學 浙江 舟山 316021)

1 問題的提出

人教版高中物理必修第二冊“向心力”一節(jié)的“問題與練習”中的第3題[1]：如圖1所示，小物體隨著圓盤勻速圓周運動，討論物體所受靜摩擦力的方向.雖然從受力和勻速圓周運動的條件學生可以接受靜摩擦力的方向指向圓心，但是很多學生還是會問為什么不是沿切線方向？原因是學生不能合理地判斷物體相對運動趨勢方向，更無法從已有生活經(jīng)驗類比感知.接下來筆者先根據(jù)定義推導(dǎo)靜摩擦力的方向，然后借助創(chuàng)新實驗的不倒翁，形象、直觀地展示出物體相對轉(zhuǎn)盤的運動趨勢方向，從而輕松判斷出靜摩擦力的方向.

圖1 第3題題圖

2 理論推導(dǎo)

圖2 物體隨轉(zhuǎn)盤勻速圓周運動的俯視圖

3 實驗驗證

3.1 實驗器材

兩個完全相同的不倒翁、頻率可調(diào)的水平轉(zhuǎn)盤、學生電源、砂紙一張.

3.2 實驗結(jié)果

圖3為轉(zhuǎn)盤靜止時兩不倒翁放置狀態(tài).

圖3 轉(zhuǎn)盤靜止時不倒翁放置狀態(tài)

圖4為轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時不同時刻兩不倒翁的相對狀態(tài).

(a) (b)

(c) (d)

3.3 實驗結(jié)論

頻率不變時，邊緣處的不倒翁向外傾斜，并和圓心處的不倒翁始終面對面.這說明勻速圓周運動時，邊緣處的不倒翁有沿半徑向外運動的趨勢.因此，其受到的靜摩擦力的方向沿半徑指向圓心.

4 總結(jié)

摩擦力方向的判斷是高中物理力學部分的教學難點.借助學生熟悉的不倒翁，可以非常形象、直觀地展示出水平轉(zhuǎn)盤上勻速圓周運動的物體相對運動趨勢的方向，快速判斷出靜摩擦力的方向.借助該創(chuàng)新實驗，既突破了教學難點，又增加了學生物理學習的興趣.