摩擦力教学的重点与难点

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  摘 要:摩擦力的教学是力学教学中的一个难点。本文根据自己的教学经验,分三个方面来突出摩擦力教学的重点,突破教学的难点。本文的重点是通过对典型例题的分析来判定和求解静摩擦力的方向和大小。
  关键词:教学;摩擦力
  摩擦是自然界普遍存在的物理现象,摩擦力是很重要的力之一,对我们的日常生活和生产影响很大。在中等职业学校的物理教材中,关于摩擦力的篇幅并不长,给基础本来就较弱的中职学生的学习带来了一定的难度。这就要求教师精心备课,认真组织教学。笔者认为,在备课和授课过程中,要突出以下三个方面:
  一、摩擦力的定义及产生条件。
  1、摩擦力:两个互相接触的物体,当它们要发生或已经发生相对运动时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做摩擦力。
  学习物理课程,对概念的理解和把握很关键。在解释定义时,要抓住两点:①两物体要直接接触②两物体之间存在相对运动或有相对运动的趋势。
  上图一至五所示,物体B放在粗糙的水平面上,物体A放在物体B上,物体A相对物体B都是静止的。由于物体A没有与水平面直接接触,所以物体A与水平面之间不可能存在摩擦力。
  图一物体B、A在水平面上静止不动,因而物体B与水平面之间、物体A与物体B之间不存在相对运动趋势,所以两处不存在摩擦力。
  图二在物体B上作用一水平力,但物体B仍保持静止。此时,物体B与水平面之间有相对运动趋势,因而它们之间存在有摩擦力;物体A与物体B之间不存在相对运动趋势,因而它们在接触处没有摩擦力。
  图三物体B在水平力的作用下与物体A一起做匀速直线运动。此时,B与水平面间有相对运动,因而存在摩擦力;因为是与B一起做匀速直线运动,所以物体A相对于物体B没有相对运动趋势,因而它们之间没有摩擦力。
  图四物体B在水平力的作用下带动A一起做加速运动,图五物体B在水平力的作用下带动A一起做减速运动。物体A由于惯性相对B在图四中有向左运动的趋势,在图五中则有向右运动的趋势,因而这两种情况下A、B之间有摩擦力存在。
  2、产生摩擦力的必备条件。通过对摩擦力定义的解释和对上述例题的分析,可以得到物体之间产生摩擦力,必须要具备以下三个条件:第一物体间相互接触、挤压;第二物体间有相对运动趋势或相对运动;第三接触面不光滑。
  二、摩擦力的方向判定
  摩擦力的方向:与接触面相切,并且跟物体相对运动或相对运动趋势方向相反.
  对于存在相对滑动的情况,即滑动摩擦力的方向容易判定,它阻碍物体的运动,所以它与物体的运动方向相反。对于存在相对滑动趋势的情况,即静摩擦力的方向判定,则是一个难点。
  1、滑动摩擦力的方向判定:
  图三、图四和图五中,物体B在水平面上向右滑动,在物体B与水平面间,物体B 所受滑动摩擦力的方向与运动方向相反,即方向向左。即滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相反。
  2、静摩擦力的方向判定:
  对于图二,因物体B在水平力的作用下有向右运动的趋势,所以在物体B与水平面之间,物体B所受的静摩擦力的方向与其相对运动趋势的方向相反,即方向向左。
  在图四中,物体A与物体B一起向右做加速运动,由于惯性,A相对于B有向左运动的趋势,所以在A、B接触面间,A物体所受的静摩擦力的方向向右;图五中,物体A与物体B一起向右做减速运动,由于惯性,A相对于B有向右运动的趋势,所以在A、B接触面间,A物体所受的静摩擦力的方向向左。
  图六所示,重量为G的物体放在倾角为α的斜面上处于静止状态。该物体在下滑力Gsinα的作用下有向下滑动的趋势,所以物体与斜面间的摩擦力平行于斜面向上。
  图七所示重量为G的物体M在平行于斜面向上的力F作用下保持静止状态。此时物体与斜面间是否存在摩擦力,摩擦力方向如何就要分以下三种情况进行具体分析:
  ①当作用力F  ②当作用力F=Gsinα时,下滑力Gsinα与作用力F构成平衡,因而物体与斜面间不存在摩擦力;
  ③当作用力F>Gsinα时,作用力F克服下滑力Gsinα使物体有沿向斜面向上滑动的趋势,因而此时摩擦力的方向沿斜面向下。
  由上述分析可知:滑动摩擦力的方向,与物体的运动方向相反;静摩擦力的方向,可由物体相对运动趋势或由二力平衡知识来确定,与相对运动趋势的方向相反.
  三、摩擦力的大小确定:
  滑动摩擦力的大小确定比较容易,静摩擦力的大小确定则又是一个难点。
  1、滑动摩擦力大小的确定:滑动摩擦力大小的计算公式为
  f =μN
  从计算式可以看出:滑动摩擦力的大小只与滑动摩擦因数μ和接触面间的正压力N两个因素有关,与其他因素无关。滑动摩擦因数μ值跟互相接触的两个物体的材料和两物体的接触面的情况有关。图三、图四、图五三图中,只要两物体的重量相同,物体B与水平面的材料和接触面的粗糙程度相同,那么不管它们是做匀速运动、加速运动还是减速运动,物体B与水平面间的摩擦力大小都是f =μN =μ(GA+GB)。
  如图八所示,重量为G的物体放置在倾角为β的斜面上在水平力F1的作用下沿斜面向上运动,物体与斜面间的动摩擦因数为μ。物体的受力分析如图九所示。图十为将图九中G和F1进行正交分解后得到的受力图。则物体对斜面的正压力N=GCOSβ+F1sinβ,物体在斜面上所受的摩擦力f =μN =μ(GCOSβ+F1sinβ),f的方向沿斜面向下。
  2、静摩擦力大小的确定:静摩擦力是两物体有相对运动趋势时存在的摩擦力。它的大小会发生变化。它不能按公式f =μN来计算,而要根据力的平衡方程来求解。
  如图十一所示,重量为G的物体放在水平面上,在外力F的作用下保持静止。当外力为0时,物体与水平面间的摩擦力为0;当F逐渐增大时,物体所受的静摩擦力也随之逐渐增大,根据二力平衡,物体所受摩擦力大小与外力的大小相等。当F增大到一定限度时,物体就不能保持静止而在水平面上开始滑动。这个最大限度的静摩擦力叫做最大静摩擦力。最大静摩擦力等于静摩擦因数乘以正压力。即fmax=μ静N。滑动摩擦力的大小小于最大静摩擦力,但一般情况下认为两者相等。
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