陳國(guó)萍? 物理學(xué)習(xí)研究? 昨天

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靜摩擦力有無(wú)及方向的判斷是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn)，教學(xué)中我們應(yīng)該如何突破這個(gè)難點(diǎn)呢？本文將通過(guò)幾個(gè)方面的分析及教學(xué)片段給出一些建議。

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學(xué)生常見(jiàn)的問(wèn)題表現(xiàn)

1. 不會(huì)判斷物體間是否具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)從而不能判斷是否存在靜摩擦力。

2. 不會(huì)判斷物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向從而不能判斷靜摩擦力的方向。

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難點(diǎn)產(chǎn)生的原因

? ? 由于靜摩擦力在具體問(wèn)題中表現(xiàn)出“動(dòng)中有靜，靜中有動(dòng)，若有若無(wú)，方向不定”的復(fù)雜性，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)不易理解。尤其是判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，“勢(shì)”即“引而不發(fā)”，是不可見(jiàn)的，學(xué)生知道假設(shè)接觸面光滑來(lái)判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但是不會(huì)判斷假設(shè)接觸面光滑下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

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難點(diǎn)突破策略

1. 通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例讓學(xué)生理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的關(guān)系。

2. 在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生分析假設(shè)光滑條件下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而學(xué)會(huì)判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

3. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生看到接觸面光滑情況下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，結(jié)合理論分析加深對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的理解。

教學(xué)片斷1:

? 準(zhǔn)備一個(gè)大的玻璃瓶，裝滿(mǎn)水，用雙手捧住舉起來(lái)。分析玻璃瓶的受力情況。學(xué)生根據(jù)初中所學(xué)的二力平衡知識(shí)，很容易判斷玻璃瓶受的重力和靜摩擦力是一對(duì)平衡力，靜摩擦力的方向豎直向上。那么如果玻璃瓶表面變成滑溜溜的，沒(méi)有了靜摩擦力，玻璃瓶就會(huì)向下滑落。這個(gè)向下滑落的方向就是玻璃瓶相對(duì)接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而靜摩擦力的方向與這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反。

? 把毛刷放在桌面上，用力拉毛刷的把手，使毛刷上部稍稍移動(dòng)一些，毛刷的下部由于受到桌面的摩擦力仍靜止。刷毛發(fā)生了彎曲，彎曲的方向也和上部移動(dòng)的方向相反，說(shuō)明靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反。

? 所謂相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，是指“想要”發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是又沒(méi)能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種狀態(tài)。為什么沒(méi)能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)？是因?yàn)槭艿搅遂o摩擦力，所以靜摩擦力的作用是阻止了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。如果沒(méi)有了靜摩擦力，相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)發(fā)生，所以可以通過(guò)假設(shè)接觸面光滑的方法來(lái)判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而靜摩擦力的方向一定與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。

? 例如上圖，傳送帶和物塊都處于靜止?fàn)顟B(tài)。如果接觸面突然變成光滑，物塊會(huì)立刻沿著傳送帶加速下滑，所以物塊有相對(duì)傳送帶下滑的趨勢(shì)，靜摩擦力沿斜面向上。

? 如果物塊和傳送帶一起勻速向上運(yùn)動(dòng)呢？如果接觸面突然變成光滑，物塊立刻開(kāi)始減速，其速度將小于傳送帶，相對(duì)傳送帶向下運(yùn)動(dòng)，所以物塊仍有下滑趨勢(shì)，靜摩擦力依然沿斜面向上。

? 如果物塊和傳送帶一起勻速向下運(yùn)動(dòng)呢？如果接觸面突然變成光滑，物塊將立刻向下加速，而傳送帶是勻速向下運(yùn)動(dòng)，物塊的速度大于傳送帶，所以物塊依然有相對(duì)傳送帶向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，靜摩擦力方向還是沿斜面向上的。

教學(xué)片斷2:

? ? 分析自行車(chē)前后輪的摩擦力方向。

? 首先要區(qū)分自行車(chē)的前后輪的區(qū)別，后輪是主動(dòng)輪，人踩踏板，通過(guò)齒輪傳動(dòng)給后輪提供轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，而前輪是從動(dòng)輪，若是后輪離開(kāi)了地面空轉(zhuǎn)，前輪是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的。

? 假設(shè)地面是光滑的，前后輪將怎樣運(yùn)動(dòng)？我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)演示。將自行車(chē)的后輪放在一塊板上，板下墊一些細(xì)金屬棍。踩動(dòng)自行車(chē)踏板，板向后運(yùn)動(dòng)，而自行車(chē)并不向前移動(dòng)，說(shuō)明板受到了向后的靜摩擦力。根據(jù)牛頓第三定律，后輪受到向前的靜摩擦力。再把板放在前輪下面，踩動(dòng)踏板，木板和前輪一起向前運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明板受到了向前的靜摩擦力，而前輪受到了向后的靜摩擦力。

后輪是主動(dòng)輪，輪胎與地面接觸的部分相對(duì)地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以靜摩擦力向前。而前輪是從動(dòng)輪，不會(huì)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以與地面接觸的部分有向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜摩擦力向后。從以上實(shí)驗(yàn)和理論分析我們總結(jié)出，靜摩擦力對(duì)主動(dòng)輪來(lái)說(shuō)是動(dòng)力，對(duì)從動(dòng)輪來(lái)說(shuō)是阻力。

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學(xué)習(xí)檢測(cè)

1．判斷圖中物體A是否受摩擦力作用？若有，判斷A受的摩擦力是靜摩擦還是動(dòng)摩擦？沿什么方向？

2．如圖，水平的皮帶傳送裝置中，O1為主動(dòng)輪，O2為從動(dòng)輪，皮帶在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)且不打滑。此時(shí)把一物體由靜止放在皮帶上的A點(diǎn)，若物體和皮帶間不光滑，則下列說(shuō)法正確的是 (? ? )?

A．剛放上時(shí)，物體受到向左的滑動(dòng)摩擦力

B．達(dá)到相對(duì)靜止后，物體在A(yíng)點(diǎn)右側(cè)，受到的是靜摩擦力

C．皮帶上M點(diǎn)受到向下的靜摩擦力?

D．皮帶上N點(diǎn)受到向下的靜摩擦力

3．分析人走路時(shí)腳與地面間的摩擦力方向

本文選自北京師范大學(xué)出版社《基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)重難點(diǎn)突破》一書(shū)。