摩擦力新课教学中的难点突破

吴兵

[摘   要]摩擦力是高中力学中最常见的作用力之一，也是学生学习的难点。文章针对学生在摩擦力学习过程中的三个问题，并结合实例进行分析探讨。

[关键词]摩擦力;新授课;难点突破

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）32-0043-02

摩擦力是高中物理研究中最常见的三种力，学生在学习摩擦力时往往存在三个问题：一是基本概念理解不清;二是前概念干擾;三是建模能力欠缺。教师在教学过程中要采取相应的措施，有效解决教学中的难点问题，让学生克服学习障碍。

一、通过基本概念题的分析解答，提升学生对基本概念的理解程度

摩擦力相对比较抽象，是高一学生学习物理的难点。教师在教学过程中，要善于通过基本概念题引导学生展开分析和探索，帮助学生加深并巩固对摩擦力的认知。在这些问题的分析过程中，学生很可能暴露出一些他们在概念学习过程中的缺陷。

[例1]下列有关静摩擦力的表述，正确是的（）。

A.任何两个相对静止的物体之间必然存在静摩擦力

B.静摩擦力只能作用在静止的物体上

C.如果物体之间的压力不变，静摩擦力的大小可以在某个范围内发生改变

D.静摩擦力一定会阻碍物体的运动

思路分析：这个问题是一个纯粹的概念性问题，这类问题最适合检查学生对概念的理解程度，同时还能诱导学生暴露学习过程中的缺陷，引发学生的认知冲突，进而在解决问题的过程中，纠正相关认识。关于摩擦力的认识，学生总是在“相对静止”“静止”“相对运动”“运动”等概念上纠缠不清，以至于他们在上述问题中对B、D两项的辨析存在较大的困难。面对这样的问题，教师可以先让学生自主分析，并引导学生在相互讨论中纠正自己的认识。

上述选项中的A项是对摩擦力的产生条件进行辨析，学生要明确静摩擦力的产生，需要满足一定的条件：相互接触的物体之间存在挤压，接触面粗糙，并且二者存在相对运动趋势，这些条件缺一不可，因此本题中的A项是错误的;至于B项和D项都需要学生明确静摩擦力是发生在相对静止的物体之间，这个“静止”是发生静摩擦力的两个物体之间的“静止”，而简单地说“静止”二字，一般是对地面而言的，因此完全可以是发生静摩擦力的两个物体相对地面有着相同速度的情形，因此运动的物体依然可以受到静摩擦力。至于D项，学生也应该意识到这里的“运动”是相对于地面的，因此可以确认静摩擦力的方向可以与运动方向相同，充当动力;至于C项，这是对静摩擦力应变性的描述，这里就不再赘述，因此本题的正确选项是C。

教学反思：在分析解答本题的过程中，教师不能仅仅让学生止步于概念的辨析，还应该指导学生结合一些运动场景进行感悟理解，即在学生分析和处理之余，教师要适时补充一些实例，点出一些关键情形，为学生的认知纠正提供必要的佐证素材。

二、通过典型例题的分析，帮助学生转化错误前概念

学生的错误前概念是本节学习的最大障碍，比如“运动越快，滑动摩擦力越大”“滑动摩擦力一定阻碍物体运动”等，这些前概念直接源于学生的已有经验，而且和很多生活场景相匹配。学生的这些认知教师必须正确对待，要帮助学生有效转化。

[例2]如图1所示，现有一物块在水平地面上向右滑动，已知物块质量等于20 kg，接触面的动摩擦因数为0.1，运动过程中物块还受到水平向左，且大小等于10 N的拉力，重力加速度为10 m/s2，则物块受到的摩擦力是（）。

A.10 N，向右B.10 N，向左

C.20 N，向右D.20 N，向左

思路分析：在处理本题时，学生受初中二力平衡的干扰，他们会自顾自地选择A。事实上，分析解答本题时，应该明确滑动摩擦力不一定与动力等大反向。本题的处理需要学生知道滑动摩擦力等于动摩擦因数与接触面正压力的乘积，因此大小为20 N，且方向应该与相对运动方向相反，故本题的正确选项是D项。

教学反思：指导学生分析本题时，我们不仅要引导学生纠正错误的前概念，更要帮助学生在头脑中构建相应的运动图景，即本题展示的是滑动摩擦力和推力一起阻碍物体运动的场景。

三、结合生活情境，提升学生的建模思维能力

发展学生的建模思维，提升学生分析实际问题的能力是高中物理教学的基本任务之一，而这也是学生学习的软肋。在摩擦力教学中，教师要善于从学生生活中选材，引导学生建模。

[例3]一副扑克牌一共有54张，如图2所示，现在将其放在水平桌面上，并设定每一张扑克牌的质量相等，且任意两张牌之间、最下面的牌和桌面之间的动摩擦因数都相等。现在用手指以竖直朝下的力按住最上面的牌，并且以一定的速度水平移动，将这张牌沿水平方向从牌堆中移出，移动过程中手指和牌之间保持相对静止。假设上述情境中最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小相等，因此有（）。

A.移动第一张牌时，手指对牌的摩擦力指向手指移动的反方向

B.移动第一张牌时，其余的53张牌相互间都不发生相对滑动

C.移动第一张牌时，其余的53张牌相互间可能发生相对滑动

D.最下面一张牌受桌面的摩擦力指向手指移动的反方向

思路分析：这个问题有很强的生活气息，相关场景在生活中也是随处可见，如何建立相关模型呢？学生首先要意识到这里若干张牌都是“叠放”在一起的，在摩擦力的问题中是否存在与之相似的场景呢？一个如图3所示的模型浮现在学生面前，外力拉动物块A发生水平方向的移动，那么下方其他物块之间的摩擦力有何特点呢？当然，相关模型也存在一定的差别，即上述只有三个物块，扑克牌却有54张，显然情境更加复杂。在具体操作中，如果研究最上面的一张牌，就完全可以将下面其他53张牌视为整体，研究第二张牌时，就可以将下方52张牌视为整体，研究最下面一张牌时，同样可以将上方的53张牌视为整体。

对选项A项，因为手指和牌之间保持相对静止，所以手指对第一张牌的静摩擦力正是牌所受到的手指沿水平方向的力，大小等于第二张牌对第一张牌的摩擦力，它应该与牌的移动方向相同;对B、C两项，需要分析的内容相同，即下面的53张牌之间是否会发生相对滑动？分析时，可以先从第二张牌看起，相当于以图3中的B为研究对象，图3中C则是下方剩余的52张牌所组成的整体。分析B可以发现，第一张牌（A）对其有一个水平向右的滑动摩擦力，这个滑动摩擦力等于动摩擦因数与A、B之间压力大小的乘积;而B与下方C之间的最大静摩擦力的大小等于动摩擦因数与B、C之间压力大小的乘积，每张牌下界面的弹力要大于上界面的弹力（要考虑本张牌自身的重力），故有：下方的扑克牌不会发生移动，即B正确;再来研究D，结合前述结论，最下面一张牌也不会发生移动，而桌面所提供的静摩擦力也正好与手指移动方向相反，因此本题的正确选项是B、D。

教学反思：上述问题需要学生将生活化的物理问题转化为较为理想的物理模型，然后再分析讨论。

[   参   考   文   献   ]

[1]  王世雄.循序渐进 突破难点：静摩擦力教学体会[J].物理通报，1996（9）：9-10.

[2]  尹卫兵.定性体验与定量探究相结合有效突破教学难点：5个版本教材关于“摩擦力”的对比及教学建议[J].物理教师，2016（7）：17-20.

[3]  胡全斌.关于摩擦力教学的难点突破[J].中学物理教学参考，2005（12）：14-15.

（责任编辑 易志毅）