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高中物理“摩擦力突变问题”的多维度设计

2019-02-12王维宁

求知导刊 2019年41期
关键词:突变

摘 要:摩擦力是力学知识中的重点,也是高中物理的教学重难点,学生在解题的过程中经常感到吃力。本文将其突变问题分为几个常见种类,并从中找到解决问题的方法,以供参考借鉴。

关键词:滑动摩擦力;静摩擦力;突变

中图分类号:G427文献标识码:A  文章编号:2095-624X(2019)41-0067-02

引言

在最近几年的高考中,摩擦力是一项必考的内容,关于摩擦力的突变问题更是常常出现,并且其种类极为多样,常有关于该项作用力方向与大小的突变内容。通常情况下,突变就是物体从一种状态突然转变成另一个状态,在较短的时间内变化的一个重要过程。当物体在运动或者受力出现变化时,该项作用力就经常会出现突变问题,进而使物体本身的运动性质及受力状况受到影响。在突变的位置上一般包含非常大的隐含性,学生在解题的过程中经常出现错误,因此,教师必须加大对该问题的教学设计。

一、“静——动”

这类情况通常是物体在摩擦力和其他作用力之下处于静止的状态中,一旦其他的力有所改变,倘若该物体无法保持最基本的静止,那么其本身所受到的静摩擦力就会出现突变的现象,进而出现滑动摩擦力[1]。

例1:如图1,一个长长的平面上放了一个木块,最初,该平面处于水平状态,现在让木板从原先的位置开始逆时针转动,也就是其夹角α渐渐变大,木板的另外一端始终保持不变,那么木块受到的摩擦力f随着α的改变而发生的改变应该属于图2中的( )。

解析:木块受到的该项作用力及相应的变化情况主要有五种。

第一,木板最开始处于水平位置时,α=0,所以这时候木块是不受摩擦力影响的。

第二,当把木板开始转动时,这时候木块本身受到的该项作用力F静:在最开始时,它相对木板是静止的,因此它受到的就是静摩擦力;当它慢慢开始转动时,就可以将它看作处在平衡状态中,从其基本的平衡关系中能够得到,静摩擦力与木块重力沿着斜面向下的分力,即F静=mgsinα,会随着α的增大而不断增大,整体属于正弦规律变化,因此图像应该是正弦曲线的函数图像。

第三,在木块将要滑动但是还没有滑动时,F静就会达到最大,当α开始不断变大时,木块就会马上滑动起来,这时候静摩擦力就会变成动摩擦力,同时满足F静m>F动。

第四,在滑动实现之后,F滑=μmgcosα,所以这时候滑动摩擦力就会随着α的变大而降低,就和余弦规律变化情况相一致,那么最终的图像就是余弦的函数图像。

第五,α=π/2,F靜=0。

所以C答案是正确的。

二、“动——静”

这种情况是在受到摩擦力及其他力的影响之下,那些一直不断减速的物体马上终止滑行,那么它就不会再受到该作用力的影响,或者是直接变成了静摩擦力。

例2:如图3,将一个重为G的物体,使用水平推力F=kt(k是恒量,t是时间)压在一个平面上,那么从k=0开始时它受到的摩擦力随着t的变化而变化,其关系应该是图4中的( )。

解析:

第一,因为它所受到的水平推力是F=kt,当t=0时,水平推力F=0,这时候它受到的滑动摩擦力就是0。当F比较小的时候,它受到的Ff小于物体本身的重力G,当物体开始沿着墙面向下滑动时,这时所产生的就是滑动摩擦力。

第二,当其压力F一直变大时,物体本身受到的滑动摩擦力Ff就会相应变大,当其最终与重力G相等时,因为惯性的存在,所以它是无法马上终止运动的,这时它所受到的摩擦力依然是滑动摩擦力。

第三,当t不断变大时,推力F在不断变大,当Ff>G,物体一直做减速运动直到停止,这时候会突变成静摩擦力,它和正压力之间并没有过大的关系,由于它是处在静止状态的,也就是不管推力怎么变大,也不会给静摩擦力带来影响,所以这时候静摩擦力与重力G是相等的,因此正确答案是B。

三、“动——动”

这种情况主要是摩擦力和其他力处在运动过程中,而滑动摩擦力则在产生相对运动的物体当中,当其速度相同时,物体本身受到的滑动摩擦力的方向和大小都会出现突变,这种问题通常出现在传送带模型中,在具体解题过程中往往需要和加速度等物理量联系在一起[2]。

结语

总的来说,摩擦力的突变问题是高中物理教学的重难点,各种物理量会在一瞬间产生变化,学生在解题过程中通常难以捕捉到这些,所以教师在教学过程中要从多个维度对其突变问题进行设计,这样不仅能够实现知识整合,而且可以提高学生解决问题的能力,进而提高他们的学习效率。

[参考文献]

赵会明.摩擦力问题的分类处理[J].中学物理,2017,35(02):49-51.

孙飞.摩擦力的三类“突变”[J].新高考:高一物理,2017(01):14+23.

作者简介:王维宁(1979.3—),男,甘肃庆阳人,本科学历,一级教师。

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