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”