怎样分析摩擦力.doc

浅谈摩擦力
旺苍县 五权初级中学 张勇
关键词：概念，相对运动，相对运动趋势，摩擦力的大小，摩擦力的方向，静摩擦，滑动摩擦，滚动摩擦，物理趣味

初中力学主要讲解了三种力：重力、弹力和摩擦力，这三种力是初中力学的基础，也是受力分析的关键，其中摩擦力往往是容易遗漏的力。经过多年的教学，前两种力，学生理解起来非常容易，摩擦力的大小和方向一直是学生理解的难点，以下就摩擦力的讲解和学习谈谈自己的看法。
物理学是一门概念性学科，对概念的理解，包括外延和内涵都要做个透彻理解。什么是摩擦力-物体有相对运动或者相对运动趋势时，存在的阻碍相对运动或者相对运动趋势的力，叫摩擦力。(1)从概念上看，实际是将摩擦力分为两类，阻碍相对运动的摩擦力-滑动摩擦力；阻碍相对运动趋势的摩擦力-静摩擦力。光从理论概念上来分析摩擦，学生会存在困难，我们可以从生活实例来加深对摩擦力的理解。
摩擦力处处存在我们的生活中，地面附近一切运动的物体，无论是奔驰的汽车还是爬行的蜗牛，漂浮的飞尘都会受到摩擦力，这个叫滑动摩擦，还有静摩擦力。我们手拿物体，物体和手之间没有相对滑动是静摩擦，没有这个静摩擦，我们根本就把物体拿不起来，机械为何有磨损，汽车轮胎为何要更换，那是因为摩擦磨损造成的。为了加深摩擦力的趣味性，还可以进一步分析摩擦。
在好多同学的印象中，摩擦力是一种阻碍运动的力，是一种单纯的阻力实际上摩擦力也有的时候是动力，例如我们人走路时，脚向后蹬地，给地面一个向后的摩擦力，力的作用是相互的，地面给人一个向前的摩擦力，这个力才是人向前走的动力，如果没有摩擦力我们将寸步难行，设想在我们脚底摸上润滑油，或者想想我们踩着香蕉皮会怎么样，能行走吗，能站稳吗；（2）汽车向前开动时，轮胎的转动方向是如何的，驱动轮的转动方向和汽车的运动方向相反，是驱动轮受到地面向前的摩擦力，汽车才向前开动运动的，看看汽车打滑的情况是什么，汽车还能开动吗？老师在黑板上书写时，如果没有粉笔和黑板的摩擦，能在黑板上写字吗？有时老师使用粉笔时，会说这个黑板怎么打滑，黑板平面看起来很光滑，实际上是毛玻璃片制造的，在显微镜下看是凹凸不平的。关于摩擦力的理解还可以让学生写些小论文-假设没有摩擦力。让学生展开想象的翅膀写出生活中没有摩擦力的情况，通过学生的论文让学生交流对摩擦的理解，加深印象。
对摩擦力概念分析透了，我们进一步分析摩擦力的分类，从概念上我们将摩擦力分为了两类：静摩擦和滑动摩擦，这个学生容易理解，阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力，在接触面上没有相对滑动；阻碍相对运动的摩擦力叫滑动摩擦力，在接触面上有相对滑动。生活中经常会见到另一种现象，搬运铁桶时，让铁桶在地面滚动，圆珠笔上面安有滚珠，车子轮胎为何不是正方形而是圆形，因为实际生活告诉我们，在压力一定时，用滚动摩擦代替滑动摩擦，可以减小摩擦。因此摩擦力可分为三类：滚动摩擦、静摩擦、滑动摩擦。
(3) 分析一种力一般从三要素出发：大小、方向、作用点。摩擦力的大小方向一直是学生理解的难点，因为摩擦力的大小跟摩擦力种类有关，我们来逐一分析摩擦力的大小。
先谈静摩擦力，静摩擦力首先是个静字，大多数物体受到静摩擦力都是静止不动的，比如拿在手里的物品，压在墙上不动的物体，意味着物体处于静止状态，也就是一种平衡状态，物体受到平衡力作用。静摩擦力大小跟外力大小有关，当外力增加静摩擦力增加，外力减小静摩擦力减小，即静摩擦力随着外力的变化而变化，（4）有句俗话方便学生记性“静摩擦力就像打太极，遇强则强，遇弱则弱”。当然要搞清静摩擦力要弄清静摩擦力的方向，找到和那个外力的方向相反。例如，我们手握着一个10N重的瓶子，手对瓶子的压力是20N，当手对瓶子的压力增加到30N时，静摩擦力为多少？显然，静摩擦力和重力方向相反，和重力是一对平衡力，跟压力大小无关，静摩擦力始终是10N。
再看滑动摩擦力，滑动摩擦力的大小研究历来是中学实验的一个重点，通过实验得出的结论，学生更加容易接受。探究滑动摩擦力大小的影响因素容易被学生理解成接触面的大小，接触面的粗糙程度，压力大小。采用控制变量法，分别保持接触面大小、粗糙程度、压力大小，三者中两者不变，看另一个物理量的变化。利用二力平衡测量摩擦力的大小，再列一个表格将测量的数据进行分析。得出滑动摩擦力大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。进一步分析表格数据得出摩擦力与压力成正比与接触面的粗糙程度成正比。特别强调滑动摩擦力大小与运动情况无关。(5)测定滑动摩擦力大小的实验操作起来有难度好多同学可能得出的数据会得出错误的实验结论，我们可以改进这个实验，可以用手随意拉动木板，不需要匀速拉动，不必匀速拉弹簧测力计，这样弹簧测力计上的示数是稳定的，测量起来更加准确，操作起来更方便。滑动摩擦力的方向相对简单，跟相对运动的方向相反。这个学生容易理解。
滚动摩擦力相对复杂，初中阶段研究起来数学知识跟不上，这里不作讨论。
摩擦力的学习确实是中学阶段讨论的一个焦点，分析摩擦力的方式很多，以上是我的看法。
(1) 初二人教版教材，摩擦力的概念
(2) 高一物理人教版教材
(3) 初二上海版教材-力的描述
(4) 状元之路-静摩擦力的大小探究
(5) 第一线导学卷-探究滑动摩擦力大小的实验设计。
2014年6月