1、 1 地面与静止斜面体间摩擦力的专题探讨 姓名： 肖贤忠 学科 ： 高中物理 职称 ： 中教一级 手机号码： 13762505386 地址： 湖南省郴州市王仙岭社区 邮编： 423000 2 地面与静止斜面体间摩擦力的专题探讨 内容摘要 本文就高三物理中的一个难点问题作了深入的专题分析，意在帮助学生由易到难， 由浅入深，系统化地理解和掌握此类问题的分析方法，并希望学生能由此得到启发，在平时的学习中注意养成研究的习惯，培养兴趣。同时也希望能给高三一线教师在讲述这类问题时提供些参考和借鉴。 关键词 摩擦力 、隔离法 正文 在多年的教学实践中，特别是高三物理教学实践中，常常能感受到学生在学习摩擦力时
2、的困惑，复杂的受力分析，各种各样的情境，各种不同的条件，思维定势的影响，都会对学生的正确分析造成巨大的障碍。特别是涉及到多个物体间的静摩擦力，由于其 相互关联，又静止不动，看不到具体明显的表象特征，即使是物理成绩不错的学 生，仍然感到刺手。本文就该难点问题做一专题分析，结合课堂教学实录，探讨一下问题的各种情形，常用的方法，学生的困惑。 在教学实践中，为便于学生理解，问题应从易到难，从简到繁，系列化，系统化，否则学生容易相互混淆，并形成思维定势，看不到问题的实质。 问题： 如图示， 一粗糙斜面体 B 在水平地面上静止，物块 A 也静止于斜面上，试分析地面对斜面体 B 的静摩擦力的情况。 3 分析
3、：把 A、 B 看成一个整体，该整体处于平衡状态，系统所受合外力为零，系统只受地面的支持力和重力，如图示 : AB 之间的相互作用力为内力。地面对 物体无摩擦力，否则系统将失去平衡。 但是， 单纯的整体法并不能消除学生的疑惑，很多同学感觉 A 物体有下滑的趋势，必拖动 B 物体有左移的趋势，所以地面对 B 应有向右的摩擦力。这种想法很自然，出错的地方是分析 不全面，不应 匆忙 否定学生的想法，我们应顺着学生的想法进一步探讨 ： 对 A 物体受力分析如 右 图： 注意支持力与摩擦力的合力竖直向上与重力平衡。 也可以认为摩擦力与重力沿斜面向下的分力平衡了 ，而斜面对 A 的支持力与重力的垂直分量平
4、衡了。 那么对 B 物体呢？看 下方 受力图： B 物体受重力，支持力， A 物体对它的压力和摩擦力，注意到 B 物体受到的摩擦力和压力分别是A物体受到的摩擦力与支持力的反作用力，因此，这两力的合力竖直向下，正因为如此， B 物体并4 没有左移或右移的趋势 ，所以地面对 B 物体不会产生摩擦力。 拓展一：若 A 物体在 静止的 斜面上匀速下滑，地面对 静止的 斜面体有摩擦力吗？ 分析： A 物体在斜面上匀速下滑时， A 物体和 B 物体的受力情形与 A物体静止时的情形是一样的，这一点学生很容易理解。 拓展二：若 A 物体在 静止的 斜面上加速下滑，地面对 静止的 斜面体有摩擦力吗？ 分析： A
5、 物体加速下滑，说明 A物体受到的重力沿斜面向下的分力大于斜面对 A 的摩擦力，即 摩擦力偏小，支持力与摩擦力的合力 不再竖直向上，而是偏左， 变成如下图所示 : 与此相对应，斜面体 B 受力情况也发生了相应的变化。如图： 5 摩擦力与压力的合力也不再竖直向下，而是偏右，从而促使斜面体有右移的趋势，故地面对 B 产生向左的摩擦力。同理学生很容易分析出减速下滑的情形。 拓展三：物体 A 原本在 静止的 斜面体上匀速下滑，现对 A 物体施加一平行于斜面向下的推力 F，地面对斜面体有摩擦力吗？ 由于又多了一个力，学生普遍感觉难度加大了，我们仍用隔离法来分析： 不加推力时， A 匀速下滑，说明 A 处
6、 于平衡态，受力如下图 对应的 B 物体受力如图右： 6 施加推力后， A 物体加速下滑，但 B 物体的受力情况却没有发生任何变化 。理由是 推力 F 是平行于斜面的，故 A 对 B 的压力没 变，所以滑动摩擦力也没变，这两力的合力也就没变，仍竖直向下， B 照样没有左右移的趋势，所以地面对 B 不会产生摩擦力。 拓展四： 物体 A 原本在斜面体上匀速下滑，现对 A 物体施加一垂直于斜面向下的推力 F，地面对斜面体有摩擦力吗？ 沿着以上的思路分析，对 B 体来说，由于 A 对 B 的正压力加大了，所以滑动摩擦力也同时加大了，仔细观察，发现这两力的合力的方向却没有发生变化。理由是由 f=N 知：
7、 N 扩大多少倍，则 f 也同比例扩大多少倍， f 与合力 F 的夹角 不会变，因为 tan =N/f=1/.所以合力变大了，而合力的方向却没变 ，仍是竖直向下的，所以斜面体 B 并没有左右移的趋势，地面也就不会对斜面体 B 产生摩擦力。如图： 7 拓展五： 如图示， 物体 A 原本在 静止的 斜面体上匀速下滑，现对 A物体施加一与斜面成 角的向下的推力 F，地面对 静止的 斜面体有摩擦力吗？ 分析：问题看似复杂了，但如果我们仔细观察就会发现：如果把力 F沿平行斜面和垂直斜面两个方向分解， 依次观察它的两个分力就会不难发现，那分别是本文中拓展三和拓展四的情形。所以地面对斜面体仍不会产生摩擦力。
8、 拓展六：如图示，物体 A 原本在静止的斜面体上匀速下滑，现对 A物体施加一平行于斜面向上的推力 F，在物体 A 速度减为零之前，地面对静止的斜面体有摩擦力吗？ 分析：物体 A 速度减为零之前， A 仍在下滑， A 对斜面体的作用力没有发生任何变化，同拓展三一样。 8 总结 一下 ： 其实拓展五中的 角是可以变化的，其不同的取值 可以分别得到拓展三、拓展四、拓展六等多种情形，之所以要先讲拓展三和四，主要是让学生从易到难，容易理解，学生的认知是从片面走向全面的。 同时让学生掌握隔离法这种分析的方法，并从不同物体的分析当中找到可以利用的信息，从不同情形的分析当中找到共通点，为学生打开思路，举一反三
9、奠定基础。 为强化学生对此问题的理解，我们来看一道较为复杂的题： 如图所示，斜面体 A 静止放置在水平地面上质量为 m 的滑块 B 在外力 F1和 F2的共同作用下沿斜面体表面向下运动，当 F1方向水平向右， F2 方向沿斜面体的表面向下时斜面体受到地面的摩擦力方 向向左 ， 在作用力改变的过程中斜面体 A 始终保持静止。则下列说法中正确的是 ： A.若同时撤去 F1 和 F2，滑块 B 的加速度方向一定沿斜面向下 B.若只撤去 F1，在滑块 B 仍向下运动的过程中， A 所受地面摩擦力的方向可能向右 C.若只撤去 F2，在滑块 B 仍向下运动的过程中， A 所受地面摩擦力的方向可能向右 D.
10、若只撤去 F2，在滑块 B 仍向下运动的过程中， A 所受地面摩擦力不变 分析：首先仔细读题，从题目中获取信息： 斜面体受到地面的摩擦力方向向左 ，即斜面体有右移的趋势，那就意味着 B 物体对斜面体 A9 的两个作用力摩擦力与正压力的合力指向 右下方，反过来，斜面体 A对物体 B 的支持力与摩擦力的合力指向左上方，由本文中拓展四的分析知 ，只要物体仍在下滑，则这两力的合力的方向不会因 F1 和 F2存在与否而改变，所以在撤去 F1 和 F2 后， 斜面体 A 对物体 B 的支持力与摩擦力的合力 仍 指向左上方，同时，物体 B 还受到竖直向下的重力 G，如图示：滑块 B 现在可以看成只受两力：重
11、力 G 与 F(f 与 N 的合力 )，而 F 与 G 的合力肯定是沿着斜面向下的，理由是 ;由图可知 重力 G与 F 的合力肯定偏离竖直方向向左，且合力不为零，同时物块不可能离开斜面飞起来，故只能沿着斜面向下运 动 ，而且是加速运动。所 以 A 选项是对的 。 同时，由本文中拓展四的分析知，只要物体仍在下滑， B 物体对斜面体 A 的两个作用力摩擦力与正压力的合力的方向不会因 F1 和 F2 存在与否而改变， 只要物块仍在下滑，不管撤去 F1 还是 F2，物块对 斜面体 A 的两个作用力摩擦力与正压力的合力的方向 都 不会变，仍指向右下方，所以斜面体有右移的趋势，故应受到地面向左的摩擦力 。所以选项 B 和 C 都是错的，而 D 是正确的。 在这里，我们看到复杂问题的背后是一些简单问题的演绎，长期的高三物理教学实践表明：如果我们就题论题，学生往往听不懂，而且即使当时听懂了，过一段时间又忘了， 原因是没有找到问题的根本，抓住它的实质，没有一种循序渐进的，由易到难的研究过程。所以，平10 时上课的时候注意引导学生采用简单的方法，由浅入深地分析一些问题，不仅 可以化繁为简，降低学生理解的难度，更重要的是引导学生养成研究问题的习惯和兴趣， 感受 到自然科学的无穷魅力。
