静摩擦力教学分析

静摩擦力的教学分析摘要：静摩擦力的教与学,始终是高中物理教学的一个难点。

由于不正确的生活经验和错误前概念的影响,导致学生对静摩擦力的认识产生了误区。

本文笔者结合指导学生反思性学习实践的研究和教学体会对此进行了初步的探讨。

关键词: 静摩擦力;条件；方向；大小正文：静摩擦力，在高中物理力学部分，是一个重点，也是一个难点，对于学生来说，这是一个很头痛的力，有不少的学生在分析此力时，对此力是否存在，以及大小、方向等问题把握不准，经常出错。

即使通过高一和高二阶段的学习,到了高三第一轮复习时,我们仍能发现,许多学生对摩擦力的认识还是存在很多缺陷甚至是一些误区。

对一些静摩擦力情景的分析,许多同学给不出满意的解释,甚至通过同学间的短暂讨论后,才勉强能自圆其说。

针对这些问题，本文笔者就结合教学实践,举例谈谈静摩擦力教学中的几点心得。

一．静摩擦力产生条件的分析部分学生尚能熟练地背诵什么叫静摩擦力,但忽略对静摩擦力产生条件的理解，而这恰恰是全面认识摩擦力的关键。

我们只有将此讲清楚,才能帮助学生掌握静摩擦力的概念。

教学中应该向学生突出静摩擦力的产生条件,缺一不可。

产生静摩擦力的条件有: (1)物体直接接触; (2)两接触面均粗糙; (3)接触面上有相互作用的弹力; (4)物体间有相对运动趋势。

这四个条件紧密联系,缺一不可。

显然不接触或虽然接触但接触面是光滑的,则肯定不存在摩擦力,但满足条件(1)(2)而缺少(3)(4)中的任一条件也不会有摩擦力。

如一块砖紧靠在坚直墙上下滑,就是不具备条件(3),故不可能受到摩擦力。

又如静止在粗糙水平面上的物体它缺少条件(4),故不存在摩擦力,由于学生不明确摩擦力产生的条件, 导致答案错误屡见不鲜。

这四个条件中,前三个容易看出,也是必要条件，如果前三个条件都不能够满足的话，那就不用讨论静摩擦力的存在了，如果前三个条件都满足，那么就要认真的分析物体间有无相对运动趋势，也是较难分析的一个条件。

静摩擦力产生于有相对运动趋势但保持相对静止的两物体间，很多学生认为产生静摩擦力的物体是静止的，忽略了“相对”这个重要的字眼。

静摩擦力是被动力,有时要根据物体运动规律来判断。

如图1是一条水平运动的传送带,带上有一个物体,若物体和传送带一起静止或物体随着传送带一起做匀速直线运动,则物体与带之间无静摩擦力。

若将传送带斜放,如图2所示,若物体和传送带一起静止或物体随着传送带一起传送带做匀速直线运动 ,则物体和斜面间有静摩擦力。

所以静摩擦力并不是一定产生于静止的物体，也可以产生于运动物体；静止的物体也不是一定就有静摩擦力。

静摩擦力只产生于相对静止的两物体之间，相对静止是指特定的两个物体之间位臵不变。

即从研究对象上看,是以互相接触作用的物体为参考系。

一个物体相对于另一个物体静止,但不一定相对地面也是静止的。

那么怎么让学生理解“相对运动的趋势”呢？我们教学中通常可采用这样的方法:假设没有摩擦力,先分析物体受其它力的情况,在结合物体的运动情况判断。

若与物体的给定情况相矛盾,则一定存在静摩擦力。

有些学生在理解时往往又会犯一个习惯性的错误，认为要有这个运动的趋势，就要有外力作用。

课本上的演示实验是外力作用在物体上产生的相对运动趋势。

所以有些同学认为:要使物体产生静摩擦力,必须有外力产生相对运动趋势。

那么教学中就要及时的提醒学生，外力在这里的实际作用与静摩擦力产生关系。

不要让学生误认为产生静摩擦力一定有外力作用。

让学生理解相对运动趋势的产生既可由外力引起,也可由接触物体间的运动状态改变而引起,如图3所示,当A 和B 一起匀速前进时,A 和B 之间没有相对运动趋势，故无静摩擦力产生; A和B 一起加速、减速时，A 相对于B 分别有向后、向前的运动趋势,故A 分别受到向前、向后的静摩擦力。

可见,一个物体是否受到静摩擦力的作用,并不是一定要以外力作用为前提条件,而是取决于物体间是否有相对运动趋势。

所以让学生充分理解“相对”运动趋势这个概念是解决问题的关键。

二．静摩擦力的方向分析静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势的方向相反。

很多同学在平时的分析中会受到其他知识和定向思维的影响，误认为静摩擦力的方向与物体外力方向或运动方向有关。

譬如下图4的分析，在我的教学中发现，高一的大部分同学是认为摩擦向下的，可以说明初学的学生对静摩擦力方向把握还没有一个整体的分析方法。

静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反，而与推力方关。

静摩擦力是个被动力，是变力，它随外界约束条件变化而变化。

若物体受几个力作用下而处于平衡状态，则可根据平衡条件（合力为零）分析求解。

静摩擦力的方向和其余外力的合力方向相反，而与其中某个力的方向无关。

在具体判断时, 首先要求学生明确“沿着接触面的切线方向”,其次才是用具体的思维方法。

我们常用假设法,假设两接触的物体之间无静摩擦力作用,看两物体是怎样相对运动,从而确定相对运动趋势,再判断出静摩擦力方向。

但往往又会有一部分的同学认为静摩擦力的方向不是与物体运动相同,就是与物体运动方向相反,显然这是错误的。

事实上,物体受到的摩擦力方向可以跟物体的运动方向相同,也可以跟物体的运动方向相反,即在同一直线上,但是也可以跟物体运动的方向不在同一直线上,两者既可以垂直,也可以有一定夹角。

例如高三的一道例题：如图5所示,物体随水平转台一起转动,并与转台保持相对静止,如果一起做匀速圆周运动,则物体受到的摩擦力方向与度方向垂直，所受摩擦力一定指向圆心。

如果一起做变速圆周运动,则两有一定夹角。

因此,判断静摩擦力的方向不能以物体的运动方向或外力方向为依据,而应考虑接触物体的相对运动趋势方向。

一定要理解“相对”二字的含义,要学会用“假设光滑”的基本方法,确定物体通常情况下所受静摩擦力的方向。

还要善于利用静摩擦力的作用效果来确定它的方向。

三．静摩擦力的大小静摩擦力的大小取决于物体的受力情况和运动情况, 视物体运动趋势的强弱而定,在物体滑动之前有不定值。

在教学中应让学生知道，静摩擦力的分析可以分为两种情况。

即平衡图4 图5图3状态下的和非平衡状态下。

(1)一般来说，当物体处于平衡状态时,可根据平衡条件来分析确定静摩擦力大小。

例如,放在水平地面上的物体受水平拉力后,在逐渐增大拉力的过程中,若木块一直未动,则静摩擦力大小一定等于拉力的大小,并且随着拉力的增大而增大,直到达最大静摩擦力而开始运动。

又如图6所示：物体A 静止斜面上,已知斜面倾角θ及A 的质量m,试确定A 到的摩擦力的大小与方向。

解析:分析物体A 的受力情况如图6所示。

分解重力:G 1=mg sin θ,G 2=mg cos θ。

由物体处于平衡状态知:f=G 1=mg sin θ,方向沿斜面向上。

当物体处于平衡状态时,可根据平衡条件来分析确定静摩擦力大小。

(2)如果物体处于非平衡状态,其静摩擦力的大小将由后面要学习的牛顿第二定律确定。

例如：如图7所示,在粗糙的水平面上放一物体B,B 上再放一质量为m 的物体A,A 、B 间的动摩擦因数为μ,施一水平力F 于B, 当A 、B 一起向右匀加速运动时.计算下列情况下B 对A 的摩擦力的大小。

解析:因A 、B 之间无相对滑动,所以B 受到A 的摩擦力是静摩擦力,这种情况下不能用滑动摩擦力公式F=μN 来计算。

对物体应用牛顿第二定律,有F 摩=ma 。

值得注意的是,正压力是静摩擦力产生的条件之一,但静摩擦力的大小与正压力无关(最大静摩擦力除外)。

如下图8中，用手压物块A 于墙上,逐渐增大手对物块A 的压力F)时,手对物块A 的静摩擦力并不增大,因为使物块A 产生向下运动趋势的力———物块A 的重力,大小不变,只是手对物块A 能产生的最大静摩擦力增大了。

静摩擦力的教学是高中的一个难点，教学中教师对静摩擦力问题缺乏系统的归纳,学生难以形成完整的认识体系.这也是导致学生学习困难和理解认识误区难以得到有效纠正的原因之一。

从以上的分析中不难看出,静摩擦力具有与物体运动状态密切结合的多变性,因此需要教师对此进行系统的归纳,以使学生形成完整的认识体系。

这样在教学中才能由浅入深,全面系统,达到突破难点的目的。

但是,由于知识学习循序渐进和教材编排的原因,高一刚接触摩擦力时,不可能太全面太深入地讲解,只有学完动力学的内容甚至于全部力学(如摩擦力做功)的内容后才有可能接触到各类静摩擦力问题。

但在这之前学生对有关静摩擦力的学习都是分散和零乱的,加上学生的知识迁移、触类旁通和举一反三的能力尚在形成和发展之中,处于相对较低的水平,因此如果教师不予以归纳总结,学生难以形成知识体系,便无法顺利解决摩擦力的各类问题。

所以在教学中应该适当的让学生归纳总结，理解静摩擦力产生的条件和大小方向的判断。

让学生从典型的特例中归纳总结迁移到一般的物理情景中，达到举一反三的能力。

图7图6 图8以上是笔者在教学实践中遇到并在指导学生进行反思性学习活动中总结的关于静摩擦力的教学的一点心得体会,事实上这也只是教学和学生认识误区的一部分,较为常见而已。

教师对此应该认真总结归纳,设计针对性的纠误课和训练题,只有这样才能取得比较好的教学效果。

参考文献:[1]《物理》必修1.普通高中课程标准实验教科书.广东教育出版社,2005,7.[2]世纪金榜.高中全程复习方略.延边大学出版社,[3]金榜一号。

高中新课标同步辅导与检测广东专版，珠海出版社。