摘要：文章就滬科版初中物理《科學(xué)探究：摩擦力》課程的相關(guān)教學(xué)難點(diǎn)展開(kāi)分析，將摩擦力歸類(lèi)成產(chǎn)生條件、方向判定和大小計(jì)算三類(lèi)問(wèn)題，并且結(jié)合例題分析和論證.以期為初中物理摩擦力教學(xué)的優(yōu)化提供有效路徑，實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng).

關(guān)鍵詞：初中物理；摩擦力；分類(lèi)處理

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2023）08-0095-03

摩擦力問(wèn)題是初中物理課程中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是中考的常見(jiàn)考點(diǎn).在《科學(xué)探究：摩擦力》中展開(kāi)了對(duì)力學(xué)等有關(guān)科普知識(shí)的進(jìn)一步探究.在該課程的教學(xué)過(guò)程中，教師希望通過(guò)分類(lèi)處理法使學(xué)生更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)摩擦力.對(duì)此，教師要梳理出學(xué)生解題過(guò)程中容易出現(xiàn)的常見(jiàn)錯(cuò)誤，了解學(xué)生的思維方式，針對(duì)這些錯(cuò)誤和不正確的思維方式來(lái)開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)例分類(lèi)和說(shuō)明，幫助學(xué)生建構(gòu)出全面完善的摩擦力知識(shí)體系.

1初中物理摩擦力教學(xué)的難點(diǎn)分析

摩擦力在日常生活中的應(yīng)用范圍很廣，生活中有很多摩擦力應(yīng)用的實(shí)例，學(xué)生解題時(shí)存在的各種問(wèn)題如下：

一是不能正確判斷是否有摩擦力；二是誤認(rèn)為摩擦力的方向與物理運(yùn)動(dòng)方向相反；三是將滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力的計(jì)算方法混淆，不會(huì)計(jì)算摩擦力的大小.

導(dǎo)致學(xué)生存在上述疑問(wèn)的根源，主要是因?yàn)檎n程內(nèi)容中并未清晰地把滑動(dòng)摩擦能力與靜態(tài)摩擦力區(qū)分開(kāi)來(lái)進(jìn)行介紹，而只是用摩擦力進(jìn)行闡述概念，老師在講解過(guò)程中，也沒(méi)有細(xì)分處理，因此學(xué)生在面臨不同情境下的摩擦力時(shí)，無(wú)法正確處理問(wèn)題.所以教師需要使用分類(lèi)處理的方法來(lái)掌握并理解摩擦力.

2摩擦力的產(chǎn)生條件

產(chǎn)生的共同條件是：

A.物體彼此相互接觸，而且因相互擠壓產(chǎn)生了彈性形變

B.兩物體的相互接觸面粗糙

C.兩物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)或者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)

其中，C條件很容易讓學(xué)生將滑動(dòng)摩擦與靜摩擦混淆在一起.解決策略主要有兩種：

策略1假設(shè)法

首先選取兩個(gè)接觸的物體，假設(shè)表面非常光滑，判斷物體有沒(méi)有出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如果沒(méi)有，說(shuō)明原來(lái)就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，如果存在，則反之［1］.

例1一根質(zhì)量分布均勻的細(xì)棒斜著靠墻而立，細(xì)棒保持靜止，豎直墻壁十分光滑，水平地面凹凸不平，請(qǐng)問(wèn)細(xì)棒受到了哪些力的作用？

解析先從豎直方向上分析，細(xì)棒受到的作用力分別是重力G和地面的支撐力N1；從水平方向分析，豎直墻壁對(duì)細(xì)棒施加了向右的支持力N2，豎直墻面光滑，表明墻面跟細(xì)棒的接觸點(diǎn)并無(wú)摩擦力；假如水平地面光滑，那么就沒(méi)有力和豎直墻壁對(duì)細(xì)棒施加的支持力N1保持平衡，細(xì)棒必然會(huì)向右滑行，但細(xì)棒保持靜止?fàn)顟B(tài)，只有圖1例1題圖此時(shí)細(xì)棒下端要受一水平且向左的靜摩擦力f作用，才處于靜止?fàn)顟B(tài).所以細(xì)棒一共受了四個(gè)力的作用.如圖1所示.

策略2類(lèi)比法

在處理同方向運(yùn)動(dòng)、相對(duì)靜止且接觸的兩物體之間有沒(méi)有摩擦力時(shí)，經(jīng)常使用類(lèi)比法來(lái)進(jìn)行分析.眾所周知，在同一輛正常行駛的公共汽車(chē)內(nèi)，站立的旅客因?yàn)榘踩蛩赝仨氂檬肿プ≤?chē)廂頂部的橫桿形扶手.這可能有以下三個(gè)體驗(yàn)：

在汽車(chē)起動(dòng)或加速時(shí)，因?yàn)閼T性，乘員身子要向后傾（注意車(chē)運(yùn)動(dòng)與乘客傾斜方向相反），而此時(shí)手將會(huì)沿著橫桿產(chǎn)生明顯的向后滑行的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因此抓住橫桿的手指會(huì)對(duì)車(chē)施加一個(gè)向后的拉力來(lái)“平衡”因?yàn)槿伺c車(chē)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而產(chǎn)生的靜摩擦力，此時(shí)人對(duì)橫桿的靜摩擦力向后，橫桿對(duì)人的靜摩擦力向前.

同理，在汽車(chē)前進(jìn)中制動(dòng)或降速時(shí)，因?yàn)閼T性，乘客身子要往前傾（注意車(chē)運(yùn)動(dòng)與乘客傾斜方向一致），此時(shí)手將會(huì)沿著橫桿產(chǎn)生明顯的向前滑行的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因此抓住橫桿的手指也會(huì)對(duì)車(chē)施加一個(gè)向前的推力來(lái)“平衡”因?yàn)槿伺c車(chē)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而產(chǎn)生的靜摩擦力，此時(shí)人對(duì)橫桿的靜摩擦力向前，橫桿對(duì)人的靜摩擦力向后.

在汽車(chē)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)此時(shí)抓住橫桿的手指并沒(méi)有沿橫桿產(chǎn)生向前或向后滑的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，也就是說(shuō)，此時(shí)手指與橫桿之間并沒(méi)有靜摩擦力［2］.

對(duì)比上面三種情況，將物體A、B疊放在水平面上且保持A與B整體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，A與B整體因?yàn)槭艿綘恳的作用勻速向右運(yùn)動(dòng).此時(shí)可以將B物體視作公交車(chē)，B物體上面的A視作乘客，當(dāng)物體A和B向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)閼T性，物體A將出現(xiàn)沿物體B向左滑行的趨勢(shì)（根據(jù)類(lèi)比此時(shí)方向相反），所以物體A和物體B之間會(huì)產(chǎn)生靜摩擦力，且B對(duì)A的靜摩擦力方向向右.物體B和地面之間則會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，地面對(duì)B的滑動(dòng)摩擦力方向向左；反之，如果A與B向右做減速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閼T性，物體A將出現(xiàn)沿物體B向右滑行的趨勢(shì)（根據(jù)類(lèi)比此時(shí)方向一致），所以物體A和物體B之間會(huì)產(chǎn)生靜摩擦力，且B對(duì)A的靜摩擦力方向向左.物體B和地面之間依舊存在地面對(duì)B向左的滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)A和B保持勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，A和B之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，兩者之間不會(huì)產(chǎn)生靜摩擦力，但地面對(duì)B有向左的滑動(dòng)摩擦力.

例2水平傳輸帶上的物體隨著傳輸帶一起向右移動(dòng)，物體速度逐漸

慢慢變大，可以分析物體所受到的力有（）.

A.重力、傳輸帶給的支持力

B.重力、對(duì)傳輸帶的壓力

C.重力、傳輸帶給的支持力、向右的摩擦力

D.重力、傳輸帶給的支持力、對(duì)傳輸帶的壓強(qiáng)

解析因?yàn)樗絺鬟f帶上的物體不斷向右移動(dòng)且速度逐步變大，利用類(lèi)比方法表明，物體有向左相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，故水平傳輸帶對(duì)物體有向右靜摩擦力；物體在豎直方向上的重力大小跟傳輸帶提供的支持力大小相等，方向相反.故C正確.

3關(guān)于摩擦力方向的判斷

對(duì)于滑動(dòng)摩擦力來(lái)說(shuō)，因?yàn)轭}目中的研究對(duì)象通常都是相對(duì)地面或是相對(duì)于地面上靜止的物體運(yùn)動(dòng)，所以研究的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果物體運(yùn)動(dòng)方向可以斷定，物體所受的滑動(dòng)摩擦力方向就和物體的運(yùn)動(dòng)方向相反.

對(duì)靜摩擦力來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵陬}目的敘述中人們所認(rèn)識(shí)到的物體（即研究對(duì)象）移動(dòng)方向，通常是從研究對(duì)象周?chē)南鄬?duì)于地面或相對(duì)于地面上靜止的其它物體來(lái)說(shuō)的，而在研究對(duì)象和與它有直接聯(lián)系且產(chǎn)生靜摩擦力的物體之間并不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)移動(dòng)，而處于相對(duì)靜止.由于研究對(duì)象相對(duì)于接觸對(duì)象的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的走向與人們所認(rèn)識(shí)的運(yùn)動(dòng)方向不同，使得靜摩擦力方向可能跟物體運(yùn)動(dòng)方向相反，也可能跟物體運(yùn)動(dòng)的方向相同［3］.

例3人往東邊走時(shí)，受到的摩擦力方向.

解析人們所認(rèn)識(shí)到的運(yùn)動(dòng)方向都是人開(kāi)始相對(duì)于地面向東前行.人是依靠靜摩擦力來(lái)前進(jìn)的，走路時(shí)腳底跟地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)腳底跟地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)朝西，所以靜摩擦力朝東.

例4在雜技選手勻速向上攀爬竹竿和順著竹竿勻速下降的二個(gè)動(dòng)作中，對(duì)于運(yùn)動(dòng)員所受摩擦力的方向，以下說(shuō)法相對(duì)的是（）.

A.都向上

B.都向下

C.爬竿時(shí)向下，下滑時(shí)向上

D.爬竿時(shí)向上，下滑時(shí)向下

解析當(dāng)雜技選手勻速向上攀登竹竿時(shí)，不難看到運(yùn)動(dòng)員人體在上升，主要依靠的就是手指與竹竿之間的摩擦力，而此時(shí)由于手指緊密地握在竹竿上，雖不會(huì)相對(duì)于竹竿運(yùn)動(dòng)，但手指卻有著沿竹竿下降的趨向，所以在向上攀登竹竿時(shí)，每次握緊竹竿手指所得到的都只是靜摩擦力，靜摩擦力的方向和沿竹竿下滑趨勢(shì)方向相反，所以方向向上；當(dāng)沿竹竿勻速滑動(dòng)時(shí)，由于手指相對(duì)竹竿下滑，手指和竹竿間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，滑動(dòng)摩擦力與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，所以答案選A.

4關(guān)于摩擦力大小的求解

4.1二力平衡法

假如物體在水平表面保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力f的大小和物體受到的水平拉力F或推力F的大小是相等的，計(jì)算出F就等于計(jì)算出f，滑動(dòng)摩擦力的大小也得以確定.

4.2決定因素法

假如物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擠壓地面的壓力始終不變，接觸面的粗糙程度始終不變，那么物體和地面之間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力也是固定不變的.此時(shí)物體不管是勻速運(yùn)動(dòng)，還是變速運(yùn)動(dòng)均不改變滑動(dòng)時(shí)摩擦力的大小.

例5放在水平地板上的物體，受方向固定的水平拉力F作用，可以根據(jù)圖2中圖像F-t和v-t得到，當(dāng)t=1s時(shí)，物體受到的摩擦力是N，當(dāng)t=3s時(shí)，物體受到的摩擦力是N.分析物體在水平方面接受水平拉力F和摩擦力f兩種作用力的影響，而在各個(gè)的具體時(shí)間階段摩擦力的特性也有所不同.

解析由v-t圖像可知，在0～2s內(nèi)，由于物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以均受靜摩擦力作用；在2～6s內(nèi)，不論物體進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)還是保持勻速運(yùn)動(dòng)，物體都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其受到的摩擦力都是滑動(dòng)摩擦力.又由F-t圖像可知，在0～2s內(nèi)，物體受3N水平拉力而保持靜止，根據(jù)二力平衡法來(lái)求解，在0～2s內(nèi)，靜摩擦力大小等于水平拉力F，為3N；在4～6s內(nèi)，物體保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，物體受到的滑動(dòng)摩擦力也等于水平拉力F，大小為5N；最后分析在2～4s內(nèi)，物體獲得了7N的牽引力但做的是加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)“決定因素法”可知，物體對(duì)地面施加的壓力沒(méi)變，地面的粗糙程度沒(méi)變，所以滑動(dòng)摩擦力依舊為5N.所以，答案依次為3N和5N.

綜上可知，初中物理教材對(duì)摩擦力的分析介紹較為簡(jiǎn)略，教師要圍繞該內(nèi)容來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充完善，對(duì)摩擦力問(wèn)題進(jìn)行拓展延伸，全面深入地引導(dǎo)學(xué)生去分析摩擦力的分類(lèi)、方向及大小計(jì)算等問(wèn)題，如此才能幫助學(xué)生建構(gòu)出完善的摩擦力知識(shí)結(jié)構(gòu)體系.

參考文獻(xiàn)：

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[2]肖秋芳.巧妙應(yīng)用滑動(dòng)摩擦力與支持力的合力方向不變解題[J].中學(xué)理科園地，2018，14（05）：39-40.

[3]梁志輝.攻陷“初中物理摩擦力問(wèn)題”[J].試題與研究，2019（22）：28.

［責(zé)任編輯：李璟］

收稿日期：2022-12-15

作者簡(jiǎn)介：曾純貞（1979.4-），女，福建省平潭人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事初中物理教學(xué)研究.