浅谈初中学生如何理解静摩擦力

吉美丽

力学是物理学的有机组成部分，也是物理学的基础部分.初二学生虽然属于初学者，但是也涉及到简单的力学知识.譬如，苏教版八年级物理课本第八章就介绍了常见的几种力： 弹力、重力、摩擦力.课本着重介绍了滑动摩擦力及影响滑动摩擦力大小的因素，静摩擦力之所以作为阅读材料提出来，没作为重点，是因为静摩擦力的相关知识点对于初学者来说较难理解.但是学生在做题时经常涉及，生活当中也很常见.为了培养学生的独立思考问题的能力，激发他们学习物理的兴趣.为此，笔者就此问题的解决方法与同行交流分享.

1让学生理解什么情况下存在静摩擦力

苏教版八年级物理课本第八章第三节讲的就是摩擦力的相关知识，课本是以一幅图来引出摩擦力的定义：用手拉动静止在桌面上的物体 ，一边拉一边体验，发现一个物体在另一个物体表面上滑动时，会受到阻碍其运动的力，这个力就是摩擦力.在这个定义中并没有把静摩擦力与滑动摩擦力分开，只是一个笼统的定义，下面就接着讨论影响滑动摩擦力大小的因素.笔者认为，在这个地方根据学生的情况，降低难度，可以先介绍有关滑动摩擦力的相关知识及事例，让学生先掌握滑动摩擦力的大小和方向问题.在学生脑海里对摩擦力有一定的概念后，再让学生体验上述实验中没有拉动物体时的情况，开始时虽然对物体施加了拉力，但物体没有被拉动，这说明物体还受到一个阻碍其运动的力，这个力就是静摩擦力.这个物体虽然没有动，但是在拉力的作用下它有运动的趋势，之所以没有动，是因为受到阻碍它动的摩擦力，这个力就称为静摩擦力.这就是静摩擦力是否存在的判断方法.判断一个物体是否受到静摩擦力，就看它在外力作用下是否有运动的趋势，如果有，那即存在静摩擦力.例如，手握一个瓶子，把瓶子作为对象来进行分析，如果手一松，瓶子在重力作用下下落.现在手握着，瓶子处于静止状态，虽然是静止的但是它有向下的运动趋势，这个运动趋势是瓶子本身受到重力作用而产生的，为什么没有落下，是因为手对它有一个静摩擦力阻碍它下落.这个地方手和瓶子之间存在静摩擦力.有关静摩擦力存在的例子还很多，例如，人走路时，鞋受到地面对它的摩擦力.手旋开瓶盖时，手与瓶盖之间也存在静摩擦力.筷子提米的实验中，筷子与米之间也存在静摩擦力等等.

2如何判断静摩擦力的方向

通过上面的阐述，学生已经会判断什么情况下存在静摩擦力.但静摩擦力它也是力，它是矢量，它也是有大小和方向的，那么我们如何确定它的大小和方向？首先，我们来讨论一下它的方向问题.通过上面手拉物体的实验可以知道，在手拉物体没拉动时，物体相对于桌面有向拉力方向的运动趋势，由于受到阻碍它运动的静摩擦力作用没动.所以静摩擦力的方向应该与它的相对运动趋势方向相反.有的同学不能理解相对一词.在这里要补充运动学的一点知识：一个物体相对于另一个物体位置发生改变称为运动.相对一词仅对两个物体而言的，与其它物体无关.判断静摩擦力也是对两个相互作用的物体来说的.静摩擦力是阻碍这两个物体相对滑动，静摩擦力的方向与它们相对运动的趋势方向相反.我们还是以手握瓶子作为案例来分析一下，瓶子由于受到重力作用，相对于手有向下的运动趋势，所以瓶子受到的静摩擦力的方向与它的相对运动趋势方向相反，即瓶子受到的静摩擦力的方向是竖直向上的.因为力的作用是相互的，手本身没有运动趋势，但它相对于瓶子来说有向上的运动趋势，也受到静摩擦力作用，方向与瓶子受到的静摩擦力方向相反，它的方向竖直向下.这说明看起来不动的物体也可以受到静摩擦力作用.关于这一点也可以用牛顿第三定律来解释，结果是一致的.同样的方法可以解释筷子提米的实验中筷子所受静摩擦力的方向是竖直向下的.

3如何确定静摩擦力的大小

对初学者来说如何确定静摩擦力的大小也是一个难点，关于滑动摩擦力的大小课本直接给出测量的方法是：用弹簧测力计水平拉动水平桌面上的物体，使其匀速直线滑动，弹簧测力计的示数等于物体滑动时受到的摩擦力的大小.其实质上是应用了平衡力的知识来测量滑动摩擦力的大小，这个方法人为操作有难度，很难保证让物体作匀速直线滑动，可以用一个速度恒定的玩具来代替人手拉动木块，使其作匀速直线滑动，这样所测滑动摩擦力的大小比较准确.在实验成功的条件下，同学们都能够掌握滑动摩擦力的大小与两个因素有关：（1）接触面的粗糙程度；（2）接触面上的压力大小.只要这两个因素不改变，滑动摩擦力就不变；如改变其中一个因素，那么滑动摩擦力的大小就改变.再介绍静摩擦力大小的时候首先要强调静摩擦力与滑动摩擦力是有区别的，区别就在与它的大小与滑动摩擦力的大小的影响因素完全不同.还是以课本当中的例子来说明：用手拉静止在桌面上的物体，没拉动，物体有向拉力方向的一个运动趋势，如果增大拉力直到拉动为止，在这个过程中，物体一直处于静止状态，但是运动的趋势越来越明显，那么它受到的静摩擦力的大小是如何变化的呢，静摩擦力是阻碍它运动的，它运动的趋势越明显，静摩擦力也越大，当外力达到足够大时，静摩擦力阻止不了，物体就滑动了.通过上面的分析可以看出静摩擦力的大小与使物体具有运动趋势的力有关，这个力越大，物体的运动趋势也就越明显，物体受到的阻碍它运动的静摩擦力也越大.由此可以得出一个结论，静摩擦力大小与使物体具有运动趋势的外力相等，随外力的增大而增大.掌握这点就不难解决题目中有关摩擦力的考题了.

例题一个重200 N的物体静止在粗糙的水平地面上，此时这个物体受到摩擦力N.如果用20 N的力沿水平方向向左拉这个物体，物体没有被拉动，此时物体受到的摩擦力是N，如果拉力增加到40 N，仍没有拉动，这个物体受到的摩擦力是N，如果拉力增大到60 N，物体被拉动并做匀速直线运动，此时物体受到的摩擦力N，如果拉力再增加到80 N，物体受到的摩擦力N.

分析（1）物体在没有拉力的情况下，没有运动的趋势，不受摩擦力作用，所以第一空为0 N；（2）拉力从20 N增加到60 N的过程当中，物体虽然处于静止状态，但是它在拉力作用下有运动的趋势，所以受到的摩擦力为静摩擦力，大小随拉力增大而增大，第二、三两空分别填20 N、40 N.当拉力达到60 N时物体作的是匀速直线运动，此时受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小就为60 N，最后拉力进一步增大，滑动摩擦力是否变化呢，这时要看看影响滑动摩擦力的两个因素是否变化，发现接触面的粗糙程度和接触面上的压力大小都没变，所以滑动摩擦力大小也不变始终等于60 N.这里可以告诉学生当拉力大于滑动摩擦力时物体的运动状态发生改变，在学完力与运动的关系后就很好理解了.

通过以上陈述，让学生明确摩擦力分为两类：一类是滑动摩擦.影响因素：（1）接触面的粗糙程度；（2）接触面上的压力大小.考察滑动摩擦力大小是否变化，就看这两个因素是否变化；另一类是静摩擦力.影响因素：使物体具有运动趋势的外力，随这个外力的变化而变化.在做题时首先分清是静摩擦力还是滑动摩擦力.关于静摩擦力与滑动摩擦力之间的联系可以顺便说明一下，当拉力逐渐增大到一定程度时，物体就会由静止变为滑动，静摩擦力就变为滑动摩擦力.也就是说在这过程中静摩擦力随外力逐渐增大，增大到一定程度就变为滑动摩擦力.一般情况下最大静摩擦力比滑动摩擦力略大.