理论联系实践——针对学生对摩擦力产生的误区的几点思考

理论联系实践——针对学生对摩擦力产生的误区的几点思考

涂红湖

浙江省象山县西周中学   315722

摘要：摩擦力初中力学中重要的考点，也是学生学习的难点，在讲解摩擦力的时候，我们按照摩擦力的分类将摩擦力分成静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力。学生学习摩擦力之后存在以下误区。

关键词：摩擦力；产生误区；物体运动

误区一：物体运动一定受到摩擦力。上课为了避免学生这个雷区，我把摩擦力的产生的条件阐明清楚，1、两物体相互挤压并有相对运动或者相对运动趋势。2、接触面要粗糙。其实在现实世界中接粗面都是粗糙的，但我们理论物理中往往会引入“光滑”这个理想的词，说明接触面绝对光滑，没有任何阻碍。不管运动还是静止，只要接触面光滑就说明接触面没有摩擦力，这种情况学生只要仔细身体基本上判断没有问题。下一种情形往往是学生容易判断出错的地方，即在接粗面粗糙的时候，并且物体运动一定受到摩擦力，这个多数学生往往会认同这个误区，要解决好这个问题，我罗列了几个反例和学生一起探讨，

例1：一个人提着一个桶沿水平方向做匀速直线运动，那么这个人对水桶有没有摩擦力，很多学生认为有摩擦力，这是学生生活中感知中的错觉，要解决好这个问题，先受力分析，水桶做匀速直线运动，说明受力平衡，引导学生从竖直方向和水平方向分析物体受力情况，在竖直方向，水桶受到自身的重力和人对水桶的拉力，这两个力平衡了。在水平方向分析水桶受力情况，采用假设法，如果水桶受到摩擦力，那应该是人给水桶的摩擦力，由于水桶处于平衡状态，人给水桶一个摩擦力，那么平衡水桶受到的摩擦力的另一个力却没法找出，即一个力是不可能平衡的。从而判定水桶没有受到摩擦力。到这里班级里有很多学生从理论上能够理解，但是没有视觉上冲击，感性认识不强，理解还不够透彻，过一段时间又会被感觉上的错觉给打败了。为此，改进实验2：我借助小型传感器，让传感器上的小车下面挂一个弹簧测力计，同时在弹簧测力计上挂一个小重锤线，弹簧测力计下面挂一个物体。接下来开动开关让小车以低速做匀速直线运动，弹簧测力计和挂着的物体随小车一起做匀速直线运动，这个时候观察到弹簧测力计上的弹簧始终与重锤线始终平行，说明弹簧测力始终竖直，即弹簧测力计只受到竖直向下的拉力，根据力的作用是相互的，弹簧测力计对下面的物体始终竖直向上。没有水平方向的力，也就没有摩擦力。这个实验活动给学生视觉冲击很大，也有助于学生从理论角度去分析物体受力情况，改正从前感觉上的错觉。

趁热打铁，让学生分析水平叠加物体之间有无存在摩擦力，例2：判断物体受到摩擦力情形A、B两个叠加物体，用水平作用力推动下面物体B，使A、B两物体一起向前做匀速直线运动，让学生从理论角度分析AB之间有没有摩擦力，学生讨论完之后回答：以A为研究对象，在竖直方向上，A受到竖直向上的支持力和自身的重力是一对平衡力，在水平方向上受力，同样采用假设法，假设A受到B给他的摩擦力，没有力来平衡这个摩擦力，故A没有受到摩擦力。

误区二：叠加的物体水平外力作用下处于静止状态时都受到静摩擦力。

例3：以A、B两物体叠加在水平地面上，用水平为5牛的力拉下面的物体B没有拉动，上面的物体A有没有受到B的摩擦力？一开始很多学生也认为受到摩擦力，从理论层面引导学生去分析，A在竖直方向仅受到重力和支持力，这两个力是一对平衡力，A在水平方向上 假设受到摩擦力，但是没有另外一个力来平衡这个力，假设法对于逻辑推理能力很强的学生是可以接纳的，但是很多学生还是停留在表层。

误区三：学生认为摩擦力方向与物体运动方向相反。在学习摩擦力之前，很多同学积累的生活经验中，都认为摩擦力是一种阻力，这就先入为主对摩擦力的方向产生错觉，此时引导学生理解摩擦力也可以产生动力，例如：人走路时，地面对人的摩擦力，学生以为地面给人的摩擦力方向与运动方向相反，这个时候难就难在学生不理解地面给人静摩擦力是一种动力，为了更好地解决这问题，先从理论上分析，人由静到动，运动状态发生改变了，力是改变物体运动状态的原因，这个外力的施力物体首先不是自己，也不是空气，学生用排除法也知道只能是地面，进一步分析，脚走路对地面一个向后的静摩擦力，根据力的作用是相互的，地面就给人一个向前的静摩擦力。即摩擦力就是人前进的动力，与人运动方向相同。接下来让学生集体做一下这个动作，带着理论知识去感悟实际情形，可以透过现象看本质。举一反三，猴子匀速直线向上爬杆，让学生采用同样的方法进行比较，学生慢慢会分析在竖直方向上杆子对猴子的摩擦力和猴子自身的重力是一对平衡力，进而得出猴子向上匀速爬杆受到杆子向上的摩擦力。学生也会渐渐得出摩擦力提供动力时，物体受到的摩擦力和物体运动方向相同。理论联系实践，很好纠正学生的生活中这种错觉。

误区四：滑动摩擦力大小随着外界的受力和物体的速度变化而发生变化。

造成这样的误区，也还是人的感觉上的误区先入为主占据大脑上风从而影响对问题的理解，如果没有这种先入为主的感觉误区，从一个全新的角度去体验更加易于学生接纳，现在解决这个问题首先从理论实践中反复纠正以前错误的感觉，直到从记忆中删除这种错觉，那么理解就水到渠成，学生常见的错误例题：在水平地面上放置一个物体，物体下面和地面的接触面粗糙程度不变，先后用不同的力去拉物体，已知物体受力随时间的关系如图2，物体的速度随时间关系如图3。学生在判定物体静止或者匀速直线运动时的摩擦力等于拉力，因为数据直观，这个结果正确率很高，但是当物体做加速运动或者减速运动时，由于思维定势，滑动摩擦力直接等于外界的拉力，从而进入题目的陷阱造成错误。另外一个图像多了，学生逻辑转换思维能力得到充分展现，也可以看到学生的逻辑能力的差异性比较明显。课堂中通过演示实验学生已经初步掌握滑动摩擦力大小仅与压力大小和接触面粗糙程度有关，与外界拉力大小和接触面粗糙程度无关。但就是做题时还是很容易被感觉带着走造成错误。加速和减速运动运动都是非平衡运动，即A受到外界的拉力和摩擦力不是一对平衡力，加速时拉力大于摩擦力，减速时拉力小于摩擦力。那么加速或者减速运动时摩擦力到底等于多少呢？让学生回到滑动摩擦力决定因素中探究，加速或者减速时，物体对地面的压力没有变化，大小等于物体的重力，物体和接触面粗糙程度相同，故滑动摩擦力大小不变，故认为加速和减速，匀速直线运动滑动摩擦力大小相同，而在匀速直线运动时滑动摩擦力大小和拉力大小是一对平衡力，也就求出加速，减速和匀速直线运动时的摩擦力都等于匀速直线运动时的拉力。学生知道陷阱在哪里，又知滑动摩擦力的决定因素在实际运动中的变化，这种类型的题就可以解决了。但是学生往往会被思维定势，所以可以改变问题和条件，强化学生认知往往会达到意想不到效果，促进学生逻辑思维转换性不断增强。