从摩擦力的方向判断浅谈高效课堂

刘彦军

(山东莒县第二中学 276500)

高一物理中摩擦力的学习是一大台阶，摩擦力在大小、方向上都是最具有不确定性的，尤其是静摩擦力的方向.这一节的内容对学生的思维品质有了较高的要求，是从形象思维到抽象思维的要求，是从单因素的简单逻辑到多因素的复杂逻辑的要求，实现思维品质的提升，需要教师通过典例进行有梯度的逐步引导，在横向上从平面到斜面拓宽思路，提高分析、归纳、演绎的能力，在纵向上使问题逐步加深，提高学生判断和推理的能力，学生在各种思维的碰撞过程中体会摩擦力大小、方向的判断和计算，完成学习任务.

例1 木箱静止在地面上.现用力推木箱，则木箱可能处于什么状态？为便于学生的回答和理解，教师要精确设计问题，既能让学生与经验相关联，还要用物理思维去思考问题.

若如图1(1)，木箱仍静止，则木箱受到与F反方向的静摩擦力；若如图1(2)，木箱沿着F方向运动，则木箱受到与F反方向的滑动摩擦力.初中就学到这儿，关于摩擦力矢量其他更理性、更本质的东西就是我们这堂课要解决的内容.

一、摩擦力产生的条件

由例1得出的结论：木箱相对于地面静止，木箱受地面给予的静摩擦力；木箱相对于地面运动，木箱受地面给予的滑动摩擦力.启发学生的发散思维，学生会举出好多体会摩擦力的例子：手指摁在课桌上前推，甚至洗澡时搓身上的泥，学生的回答会让你有意外的惊喜.师生共同讨论体会摩擦力的同时，得出摩擦力产生的条件：

物体间接触、挤压，是产生弹力的条件，只是从条件上看，物体间有弹力未必有摩擦力，但是物体间有摩擦力则一定有弹力.

二、摩擦力的方向

在图1中木箱在F作用仍静止的状态下受到的静摩擦力的描述：物体在力F的作用下有相对沿地面向右运动的趋势，所以地面给木箱一个沿地面向左的静摩擦力.在图2中木箱在F作用运动状态下受到的滑动摩擦力的描述：物体在力F的作用下相对地面向右运动，所以地面给木箱一个沿地面向左的滑动摩擦力.对摩擦力方向的正确判断最初来自于领会上面的精确描述，要让学生找出摩擦力的施力物体，并找出物体相对于施力物体的运动趋势的方向或相对运动的方向.在这里可以得出两点：①摩擦力的方向与相对运动趋势的方向或相对运动的方向相反.②摩擦力的方向平行于接触面，在同一接触面上的弹力和摩擦力一定相互垂直.要熟练地正确分析摩擦力，还要对“相对运动趋势的方向”和“相对运动的方向”做更深刻的理解.

1.相对运动趋势方向的判断

相对运动趋势方向就是物体间假设没有摩擦时物体的相对运动方向.从教学经验来看，相对运动趋势的方向如果不这样点破，在以后解决问题的关键时刻，学生容易进入误区.

例2 对静止在斜面的物体进行受力分析

物体由于受重力作用而产生沿斜面向下运动的趋势(没有摩擦，物体将沿斜面下滑)，斜面给物体以沿斜面向上的静摩擦力，阻碍物体相对于斜面向下运动.在这里要锻炼学生组织语言阐述产生摩擦力的能力，使学生深刻记住“相对”二字.分析完重力和弹力，就要特别说明物体受这两个力不可能静止在斜面上，开始把受力分析和物体的状态相结合，有利于检验受力分析结果的正确性.

在例2的基础上进一步的探讨：若物体受到沿斜面向上的拉力，再分析物体受到的摩擦力.F足够小，物体会仍有沿斜面向下运动的趋势，斜面给物体沿斜面向上的静摩擦力，如图2(2)；F足够大，物体会有沿斜面向上运动的趋势，斜面给物体沿斜面向下的静摩擦力，如图2(3)；进一步分析，则物体与斜面间的摩擦力可能为零.通过分析发现：物体间静摩擦力的大小和方向都有可能发生变化.本题一定和生活经验想联系，建议受力分析时按先重(力)后弹(力)再摩擦(力)的顺序，尤其静摩擦力，一定要最后分析.

例3 物体与倾斜的传送带一起(相对静止)匀速运动物体相对于传送带静止，由于受重力有相对于传送带向下运动的趋势，所以传送带给物体一个沿传送带向上的静摩擦力，如图3，物体受力平衡.由此例可以看出，运动的物体也可以受到静摩擦力.以传送带为参照物，物体是静止的，但是以地面为参照物，物体是运动的，静摩擦力阻碍了物体相对于传送带的运动，但是物体运动(参照物为地面)的动力.

2.相对运动方向的判断

例4 如图4(1)A、B叠放在一起，A用绳子与墙连在一起，用力F将B从A下面抽出，请对B抽出过程中的两物体受力分析.

A静止，除了受重力和支持力外，因其相对于B向左运动，所以B给A一个向右的滑动摩擦力Fu，因为A受到向右的滑动摩擦力，所以绳子张紧，给A向左的拉力F.从A的受力可看出静止的物体可以受滑动摩擦力.B除了受重力和地面给的支持例外，还受到A给予的压力，A给B水平向左的滑动摩擦力Fu和地面给B的滑动摩擦力Fu′.A、B受力个数与B是否匀速抽出无关.引导学生按先重后弹再摩擦的顺序受力分析，养成良好的习惯.

3.深刻理解“相对运动方向”和“运动方向”

例5 如图5(1)，课本静止在桌面上，将橡皮放在上面，用力拉课本，试分析课本和橡皮可能的运动状态及其受力情况.

若A、B一起向右匀加速运动，B在力F的作用下加速，而A由于具有惯性要保持原来的运动状态，故相对于B有向左运动的趋势，B给A一个水平向右的静摩擦力Ff，A受力如图5(2).B除了受重力和弹力外，首先考虑A给它的反作用力Ff′，再考虑地面给它的滑动摩擦力，B受力如图5(3).若A相对于B向左滑动，则需将5(2)和5(3)中的Ff和Ff′改成Fu和Fu′，因为A、B已经发生相对运动，摩擦力为滑动摩擦力.就A而言，无论Ff还是Fu都是A相对于B相对运动的阻力，却是A相对于地面运动的动力.

摩擦力的方向“与相对运动趋势的方向或相对运动的方向相反”，不对这句话进行深刻的剖析，学生在判断摩擦力方向时，大部分通过做题经验来进行，这样降低了学习效率，更容易使学生产生厌倦情绪，不利于学生学习.本文的五个例题，很好的诠释了摩擦力方向的判断和讨论：①摩擦力的方向平行于接触面，与相对运动趋势的方向或相对运动的方向相反.②静止的物体可能受到滑动摩擦力，运动的物体也可能受到静摩擦力.③摩擦力一定阻碍物体间的相对运动，但可能是物体运动的动力.典例很好的帮助学生对摩擦力方向的理解，在教学中取得良好的效果，学生在做题时能在课堂例题中找到线索和依据，便于学生解决问题.