滑动摩擦力的方向判断技巧

彭迁

高考考试大纲对滑动摩擦力划定为“I”类要求，需要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用，与课程标准中的“了解”和“认识”相当。笔者认为如此划定是有待商榷的，滑动摩擦力以其方向上的特殊性，在物体受力分析、共点力的分解与合成、动力学问题的处理方面，都有着重要的影响。把滑动摩擦力提升到“理解”和“应用”的层面是比较合适的，不仅要学生达到理解其确切含义及与其它知识的联系，还要能够叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中进行运用。因此，在实际教学活动中，应该加强对滑动摩擦力相关内容的重视，尤其是滑动摩擦力的方向的重视。

教材中对滑动摩擦力有这样的定义：两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对运动时，每个物体的接触面上都会受到对方作用的阻碍相对运动的力，这种力叫做滑动摩擦力。定义指明了滑动摩擦力产生的条件，具体可以归纳为四点：接触、有弹性形变、接触面粗糙、有相对滑动。四个条件是“且”的逻辑运算关系，只有四个条件同时成立，才会有滑动摩擦力的产生。有摩擦力的存在，才有对其描述的现实物理意义。力是矢量，要准确地描述滑动摩擦力，就应该包括大小和方向两个方面。滑动摩擦力大小的计算方法在此不赘述，详见教材。本文重点就滑动摩擦力方向的判断阐明笔者的心得体会。定义中指明滑动摩擦力要阻碍相对运动，也就是滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反。学习心理规律表明，刚刚进入高一阶段的学生，消化理解这种抽象的概念型描述還存在不小的难度，此阶段学生对具象物理模型和程序化操作方法存在很大依赖。笔者坚信突破这一教学难点关键在于，解释清楚什么是相对运动，交代怎样寻找相对运动方向。在此，结合教育科学出版社物理必修1第二章第四节“讨论交流”为例进行说明。

一、明确研究对象

力是物体与物体之间的相互作用，是施力物体与受力物体之间的相互作用，两者必然同时存在。施力物体与受力物体具有相对性，当确定两物体间存在相互作用的滑动摩擦力时，根据具体物理情境明确研究对象，并视研究对象为受力物体，相互作用的另外一个物体就是施力物体。当判断货物A受到的滑动摩擦力的方向时，研究对象即为货物A，是受力物体，汽车B则是施力物体。

二、判断相互作用的两物体间的运动效果

要确定一个物体的位置并描述它的运动情况，就需要选定一个参考系作为参照，在有参考系的情况下描述物体的位置和运动情况才具有现实物理意义。当然，选定的参考系不同，对同一研究对象运动情况的描述可能会不一样。所谓“相对运动”，这个相对就是指的相对于选定的参考系，相对于选定的参考系而言，判断物体的运动情况。中学阶段，一般选取地面为参考系。根据施力物体与受力物体相对于地面的运动情况（中学阶段只要求两物体运动方向在同一直线的情形）。在一维空间内判断施力物体与受力物体是在相互靠近，还是相互远离。靠近或远离的状态就是两者间相对于地面的运动效果。取地面为参考系时，汽车的速度大于货物的速度，在相同的时间内，汽车向右前进的距离大于货物向右前进的距离。此时，可以看到货物A离汽车B右端越来越远的运动效果。

三、确定相对运动方向

物体间的运动效果不会因为参考系的改变而发生变化。以同学甲从图书馆三楼下降到二楼为例，在该物理情境中，不论以地面、三楼、二楼，还是其它物体作为参考系，得到的结果都是同学甲在图书馆下降了一层楼的高度。判断出运动效果后，以施力物体为参考系，一旦作为参考系，不论施力物体处于何种运动情况，都认为施力物体是静止的。要实现两物体间运动效果不变，受力物体相对于施力物体的运动方向即是相对运动方向。受力物体受到的滑动摩擦力的方向即与该方向相反。讨论货物A受到的滑动摩擦力方向时，就要以施力物体汽车B为参考系，参考系变了但货物A离汽车B右端越来越远的运动效果不变。汽车B一旦作为参考系，就要认为汽车B是静止的，则货物A相对于参考系向左运动，即相对于施力物体汽车B而言，货物A向左运动。货物A所受到的滑动摩擦力方向就恰好与这个相对运动方向相反，即向右。

若要判断汽车B受到的滑动摩擦力的方向时，汽车B作为研究对象，是受力物体，货物A则是施力物体。先以地面为参考系，可以看到货物A离汽车B右端越来越远的运动效果。再以施力物体货物A为参考系，认为货物A静止不动，要实现A离B右端越来越远的运动效果，则汽车B相对于参考系向右运动，汽车B所受货物A施加的滑动摩擦力方向就应该向左。

在实际的教学过程中，为强化学生对这一方法的理解与运用，可以充分地利用上述例子，将“汽车B速度大于货物A速度”改为“汽车B速度小于货物A速度”，其它条件不变，创造出另一种物理情境，要求学生判断货物A受到汽车B施加的滑动摩擦力的方向，以及汽车B受到的货物A施加的滑动摩擦力的方向。既实现了教学情境的完整性，又形成对比，促进学生对比思考、理解认知，从而提高本考点教学效率。

参考文献：

[1]陈熙谋，吴祖仁.普通高中课程标准实验教科书《物理》必修1[M].教育科学出版社，2005.

[2]李尚卫，吴天武.普通教育学[M].北京师范大学出版社，2010.

[3]教师资格认定考试编写组.教育心理学[M].北京师范大学出版社，2008.endprint