浅析摩擦力学习中的几个问题

摩擦力是学生进入高中阶段后遇到的第三个按性质命名的力。在学习过程中,学生总是存在一些似是而非的认识,在解决涉及摩擦力的问题的过程中经常出现错误。我们在教学过程中必须针对他们容易出错的几个方面作特别强调。下面就这几个方面谈一谈我的看法。

一、摩擦力的产生条件

学生往往能熟练背诵摩擦力的产生条件,但忽视对条件的理解。只有我们将此讲清楚,才能帮学生掌握摩擦力的概念。

摩擦力产生的条件是:(1)物体相互接触并挤压发生弹性形变,即物体间存在弹力;(2)接触面粗糙;(3)物体间有相对运动或相对运动趋势。这几个条件紧密相连,缺一不可。显然,物体间不满足条件(1)、(2)、(3)中的任意一条,是肯定不会产生摩擦力的。例如:一块砖紧靠在竖直墙壁上,放手后让其沿墙壁下滑。这里虽然满足了(2)和(3),但由于不具备条件(1),即两物间无弹力存在,因此砖不可能受摩擦力作用。又如,静止在粗糙水平面上只受重力和支持力的物体,它满足了(1)和(2)但缺少条件(3),当然也就不存在摩擦力了。

二、区分静摩擦力和动摩擦力

判断物体受到的是哪种摩擦力,学生常常认为,物体处于运动状态时受到的一定是滑动摩擦力,而物体处于静止状态时受到的一定是静摩擦力。这种观点是错误的。我们在讲解知识点时,应强调“相对”二字。“相对”,是相对于施加摩擦力的物体而言的。如果物体相对于施加摩擦力的物体而言是静止的,可能受到静摩擦力;如果物体相对于施加摩擦力的物体而言是运动的,可能受到滑动摩擦力。

例1.如图1,倾斜放置的传送带匀速传送货物A,A与传送带相对静止,在传送带向上传送或向下传送时,A所受到的是?摇?摇 ?摇摩擦力(填“静”或“滑动”)。

解析:物体随传送带匀速运动,但它相对于施加摩擦力的物体――传送带是静止的,所以A所受摩擦力为静摩擦力。填“静”。

例2.如图2,均匀杆长1m,上端装有转轴O,下端P搁在水平木板上,已知杆与木板间的动摩擦因素为0.4,木板与地面间的摩擦力可不计,杆与竖直方向的夹角θ=37°,当木板受4N的水平拉力F作用时,匀速向右运动,试求木板对P点的摩擦力和支持力,以及这些力对轴O的力矩。

解析:木板对P点的摩擦力是滑动摩擦力,先对木板受力分析,可求出f,然后由N=f/μ,可得N(过程略)。

这一知识点的教学需要我们认真地将静摩擦力和滑动摩擦力加以区别,并在此基础上强调静摩擦力大小的求解要注意与接触面相平行的方向上的外力的作用;滑动摩擦力用公式求解时,要注意与接触面相垂直的方向上的外力的作用,并且要求学生在解题时首先通过比较与接触面相平行的方向上的外力跟最大静摩擦力的大小关系,做好区分工作。

三、摩擦力可以作阻力,也可以作动力

摩擦力总是与物体的相对运动或相对运动的趋势方向相反,其作用效果总是阻碍物体的相对运动。因此,有的学生会认为摩擦力只能是阻碍物体运动的力,即阻力,而不可能成为使运动状态改变的动力的观点是错误的。我通过下面一个例子加以说明。

例3.如图3,A、B两物叠放在粗糙的水平面上,用水平力拉A,使A、B一起向右运动,则A、B间存在摩擦力。A受到的摩擦力水平向左,是阻力;B受到的f和f两个摩擦力,其中f是动力,f是阻力。

四、摩擦力与正压力的关系

两个不光泽的物体之间的摩擦力是接触力。但两个表面粗糙的物体仅仅接触,而接触面没有因挤压发生弹性形变,亦即不存在正压力,物体间仍不能产生摩擦力。在讲解过程中,当我们强调有弹力才可能有摩擦力时,学生常常会认为摩擦力与正压力的关系就是正比例关系,不论什么题设条件,总习惯于用f=μN这个公式去计算。因此,我们应强调这个公式的适用范围――计算滑动摩擦力。

例4.如图4,水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动,现将F增大为2F,则物体受到的摩擦力( )。

A.变大 B.变小 C.不变 D.无法判断

解析:力F将物体紧压在竖直的墙上,物体相对墙壁是静止的,所以物体受到的是静摩擦力,且有物体所受的重力和静摩擦力是一对平衡力,可写:f=G。当力变为2F时,物体受的仍是静摩擦力,重力和静摩擦力还是一对平衡力,仍然得f=G。所以不变,选“C”。

本题如果用f=μN代入解得的结果将是变大,得出错误结论。

以上只是对摩擦力问题略作分析,这些问题确实是学生在初学时常见的。教师如果有意识地从正面、反面或侧面揭示病状、分析原因,必能进一步优化学生的思维品质,使学生真正掌握摩擦力的知识,提高解决这类问题的效率和正确率。

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