漫谈静摩擦力的教学

摘要：高中物理静摩擦力在教学中是个难中之难的内容，静摩擦力的教学是个循序渐进的过程。教学中要建立好静摩擦力概念，引导学生形成解决静摩擦力问题的程序性方法。同时要引导学生在日常生活经验的基础上通过实验和观察来主动探究、归纳静摩擦力规律，激发学生的兴趣。

关键词：静摩擦力；概念；条件分析；静摩擦力特点；运动状态分析法；实验探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）05-0071-02

高中物理的难点是受力分析，受力分析的难点是摩擦力的分析，而静摩擦力在教学中是个难中之难的内容。如何在教学中建立好静摩擦力概念，引导学生形成解决静摩擦力问题的程序性方法，引导学生在日常生活经验的基础上通过实验和观察来主动探究、归纳静摩擦力规律，激发学生的兴趣，是教学中需要解决的关键问题。高中阶段静摩擦力的教学是个循序渐进的过程，更是一个知识升华的过程，一个能力提高的过程。下面是笔者关于静摩擦力教学的一点浅见。

一、静摩擦力概念的建立

摩擦力教学是力学中的三大性质力教学之一。摩擦在现实生活和生产实践中是一种极为普遍的力学现象。摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力两种，可以对比滑动摩擦力引入静摩擦力的概念。当两个互相接触并处于相对静止的物体间存在相对运动趋势时，在接触面上就会产生静摩擦力。在教学过程中，经常发现不少学生分析静摩擦力时，时常会出现不会分析或错误的分析判断，原因在于这些学生没有真正理解静摩擦力产生的条件及其特点。

1.静摩擦力产生的条件分析。产生静摩擦力的充分必要条件是：①两物体直接接触；②两物体之间相互有压力作用；③接触面不光滑；④两物体间相对静止，但存在相对运动趋势。从两接触物体间有无相对运动趋势判断静摩擦力是难点。“相对运动趋势”必须是那两个互相接触的可能存在静摩擦力的物体互为参考系，而不是以两个物体之外的物体为参考系，不一定是地面。一般处理是：先假设接触面光滑，若被研究的物体相对于接触面向某方向运动，则有静摩擦力，该方向为相对运动趋势方向，静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反；相对无运动状态改变，则两接触物体之间无静摩擦力。例如常见的皮带传动装置中静摩擦力现象分析。另外，引起相对运动趋势的原因要让学生认识到位，不光是外力，还有单纯由物体的运动状态改变引起的情况。

2.静摩擦力的特点分析。①静摩擦力是一个善变的力，具有被动性。它的大小和方向都有可能随着外力的变化而变化，使物体保持静止平衡态；或随物体的加速度变化，遵循牛顿第二定律。②静摩擦力大小变化有规律。静摩擦力大小在零和最大静摩擦力之间变化。但静摩擦力并不是最大静摩擦力。实验表明：最大静摩擦力跟物体接触面间的正压力成正比。例如：用手握一个瓶子，手把瓶子握得紧，手与瓶子之间的正压力越大，最大静摩擦力也越大，但当最大静摩擦力增加时，实际静摩擦力并不一定增大，因此，当瓶子平衡时，它所受到的静摩擦力F总是等于物体的重量G。瓶子越重，要把瓶子握住，需要的实际摩擦力越大，由于静摩擦力不会超过最大静摩擦力F。所以当瓶子较重时，瓶子与手之间必须有较大的最大静摩擦力，才能保证实际静摩擦力不超过它。可见，最大静摩擦力和静摩擦力是两个不同的概念。静摩擦力变化也与滑动摩擦力无关，它们的变化规律各不相同，但可以发生相互切换。在动摩擦系数和正压力不变的情况下滑动摩擦力略小于静摩擦力，即静摩擦力略大于滑动摩擦力。这点结论可联系生活现象定性说明，如推物体时在推动的一霎，感觉突然省力了一些。学生都有生活体验很容易理解印证，同时也使物理回归生活使学生感到物理亲切，就在身边，消除物理学习的遥远、神秘和恐惧感。教师在进行静摩擦力新课教学时，要让学生以课本为主，课前要先预习，要求学生总结出静摩擦力的定义和特点，初步这定义和规律的物理内涵，讨论搜集在日常生活生产实践中的现象实例。并留预习问题引导学生边阅读边思考，帮助他们有的放矢的阅读教材进行预习。

二、在共点力平衡和牛顿定律的学习中加深对静摩擦力概念的理解

高中物理中有关摩擦力教学整个过程中第一步是摩擦力概念教学，这一步很重要，但只是摩擦力教学开始阶段，学生不可能掌握地一步到位。之后物理教学进行到牛顿定律章节时，教师要在这个章节的教学过程中很好地把握静摩擦力教学的机会，学生对摩擦力的认知程度会得到很大的提高，进一步理解摩擦力概念和性质特点。教材编排教学内容顺序是学完了三种常见的性质力以后再学习牛顿定律章节内容，这其中有继续对摩擦力概念教学加深的目的。牛顿定律的学习使学生具有了运动和力关系的初步观点，这是掌握静摩擦力的方向和大小解决摩擦力问题的重要认识前提。在静摩擦力教学中，教师要精选经典例题教学，并对学生训练一定量的练习题，使学生对静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反这一结论有更深的认识。并对摩擦力的被动性有进一步的认识。为了帮助学生正确处理有关静摩擦力的问题，可介绍物体运动状态分析法进行静摩擦力教学难点突破。①根据物体的平衡条件来分析静摩擦力。先判断物体处于平衡态，再对物体进行全面地受力分析，然后在静摩擦力可能的方向上再进行平衡力分析（物体受多个互成角度的共点力时需按静摩擦力方向进行力的正交分解），最后在该方向上利用平衡条件由已知力情况和静摩擦力的被动性分析出静摩擦力的方向和大小。②根据牛顿第二定律来分析静摩擦力。首先要明确一个错误认识：物体受静摩擦力，但不一定处于静止平衡态。如木块靠静摩擦力提供动力加速度在木板上和木板一起在地面上加速运动。它们相对静止，时刻有着共同的速度和加速度，并不是静止平衡态。分析过程如下。先确定加速度情况，再明确物体所受的待求静摩擦力方向，按此方向正交分解力和加速度，最后在该方向上利用牛顿第二定律由已知力情况和静摩擦力的被动性分析出静摩擦力的方向和大小。

总之，在教学中进行静摩擦力教学时只要采用循序渐进的教学指导思想和正确的教学方法，就会引领学生顺利走过静摩擦力的学习泥潭，让学生真正理解静摩擦力产生的条件和特点及其重要应用。