初中物理摩擦力方向的判断方法

作者:未知

  [摘要]摩擦力的知识是初中物理的重点和难点,这部分知识点本身就很抽象、难懂,学生在学习过程中会碰到许多困难,同样也给教师的教学工作带来很多的挑战。教师的教学自然也就不轻松了。但这些知识与我们的生活联系非常紧密,是学生不得不学好的内容。摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力,不同的摩擦力方向的判断方法是不同的,只有掌握了正确的方法,思路清晰,才能准确地判断摩擦力的方向。
  [关键词]初中物理;摩擦力;方向判断
  初中物理教学中,总有一些知识点,学生在学习的过程中有点零乱和模糊。比如:在学习摩擦力时,经常就有同学会问,摩擦力的方向是不是一定与物体运动的方向相反?摩擦力是不是阻力?在日常生活中我们都要减小摩擦吗?
  摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力,不同的摩擦力判断方法是不同的,只有掌握了正确的方法,思路清晰,才能准确地判断摩擦力的方向。学生初次接触到摩擦力,就像汪洋大海里的一叶舟找不到方向。笔者结合人教版八年级下册教材内容和实际教学情况,归纳总结了一些判断摩擦力方向的方法,提出了一些与生活联系紧密的理论与观点,使学生能够利用这些简单的方法更轻松、准确地判断生活中一些常见的摩擦力的方向,从而全面深入地掌握摩擦力的相关知识。同时希望这些方法能对同行们的教学提供一个借鉴。
  一、静摩擦力方向的判断方法
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  当一个物体受到几个力的作用,仍然处于平衡状态时,那我们说这几个力就是平衡力。如果物体只受两个力的作用而处于平衡状态,就称为二力平衡。当物体受到多个力作用而处于平衡状态时,也可以看成几对二力平衡。平衡是物理学中分析物体运动和力之间关系的一种重要的方法和手段,它要求学生准确地对系统进行受力分析或对物体的运动状态进行判断,然后由受力情况判断出物体运动情况,或者由物体运动情况来分析物体的受力情况。
  例如:同学们上体育课时,体育老师安排他们做爬竿运动。小明在匀速向上爬的过程中受到的摩擦力方向如何?
  分析:这种情况可以用二力平衡的知识来分析,此时这个同学在爬竿的过程中做的是匀速直线运动,而匀速直线运动是一种平衡状态,平衡状态就受到平衡力的作用。此时对人进行受力分析,他只受到重力和摩擦力的作用。那么重力和摩擦力是一对平衡力。则:f=G,方向竖直向上。
  有时也会碰到比较复杂的情况。例如:A、B两个物体叠放在水平地面上,A受到水平向右10N的拉力处于静止状态,B物体被一根绳子固定在左边墙上,绳子的拉力是4N。请分析A、B物体受到的摩擦力的大小和方向。
  这是一道典型的受力分析题,可利用平衡力的知识来解决。首先对物体A、B分别进行受力分析,两物体都处于静止状态,静止状态是一种平衡状态,受到平衡力的作用。不难得出A受到的摩擦力是10N,方向水平向左。B受到两个摩擦力的作用,分别是:A对B水平向右的摩擦力,大小为10N;地面对B的摩擦力,f= 10N-4N=6N,方向水平向左。
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  由牛顿第二定律F=ma可知,物体受到的合外力的方向,一定与物体加速度的方向相同,那么我们由物体加速度的方向就可以判断出物体受力的方向。大家知道,在生活中有些物体运动的原因就是摩擦力(力是改变物体运动状态的原因),此时用这种方法来判断摩擦力的方向比较形象、直观,这是一种理论联系实际的好方法,也符合初中物理新课标“从生活走向物理,从物理走向社会”这一理念。
  例如:赵刚同学每天都骑自行车上学,他在骑自行车时,自行车前后轮受到的摩擦力的方向怎样?
  分析:我们知道,自行车是骑着向前运动的,我们蹬的时候产生的效果就是让后轮转动,而后轮转动产生的效果是使整个自行车向前运动。所以,后轮是使自行车向前运动的车轮,叫主动轮,那么后轮产生的摩擦力应该是向前的,属于静摩擦力。然而,前轮在整个自行车前进的过程中只起到支架起自行车使之平衡和改变运动方向的作用。它是随着后轮的运动而运动的,叫从动轮,它在运动过程中阻碍了整个自行车的运动。故它受到的摩擦力的方向向后,属于滚动摩擦力,从它产生的效果来看属于阻力。
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  由摩擦力的概念来判断,这需要学生对摩擦力的概念咬得比较准。两个相互接触的物体,当它们做相对运动或具有相对运动的趋势时,在接触面上就会产生一种阻碍物体相对运动的力,就是摩擦力。这个概念对初中生来说还是比较抽象的,它的难理解之处就是“物体做相对运动或具有相对运动的趋势”,这就要求学生能够准确地判断出物体的运动情况,特别是当两个物体都在运动时(俗称“打滑”),难度就加大了。判断出了物体相对运动的方向,摩擦力的方向就不难判断了,此时摩擦力的方向就与物体相对运动的方向相反。
  例如:在货运码头,货物靠与传送带的摩擦力由低处送到高处,这个摩擦力的方向该怎么去判断呢?根据摩擦力的概念,当物体具有相对运动或相对运动的趋势时,在接触面上就会产生一种阻碍物体相对运动的力叫摩擦力。而此题中货物有向下运动的趋势,摩擦力就会阻碍物体沿着斜面向下运动。所以,该摩擦力的方向就应该是沿着斜面向上。
  二、滑动摩擦力及滚动摩擦力的方向判断
  滑动摩擦力方向的判断相对来说要比静摩擦力方向的判断简单一些,从摩擦力的概念出发,要判斷它们的方向就要牢牢抓住与物体相对运动的方向相反,并确实理解相对运动的概念。而判断物体相对运动的方向首先就要选取好参照物,一般情况下都是选取与其相接触的另一个物体(施力物体)为参照物,先假定它是静止不动的,再去判断物体(受力物体)相对运动的方向。那么与相对运动相反的方向就是摩擦力的方向。笔者在基层从事物理教学工作多年,发现有不少学生对滑动摩擦力的方向有着片面的理解,他们认为滑动摩擦力的方向就是与物体运动的方向相反?!拔锾逑蜃笤硕?,滑动摩擦力的方向就向右;物体向右运动,滑动摩擦力的方向就向左?!彼前涯Σ亮Ω拍钪械摹坝胛锾逑喽栽硕较蛳喾础敝械摹跋喽浴绷阶指雎粤?。
  例如:如图,物体A在物体B上,A、B都在向右运动,若vB>vA,A受到的摩擦力的方向如何?
  分析:因为A相对于B来说(以B为参照物)是向左运动的,那么根据物体受到的摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反,所以A受到B的摩擦力是向右的,与物体运动的方向是相同的。
  滚动摩擦力与滑动摩擦力方向的判断在方法上是相似的。其实,掌握了判断的方法再去判断摩擦力的方向就不那么难了。首先,用定义分清楚属于哪一类摩擦力。其次,根据上面所说的方法和相应的物理知识进行判断。最后,还可以进行检验,看这个摩擦力的方向是不是满足已知条件或生活实际。掌握了上面的步骤,就好比有了对付摩擦力的“尚方宝?!?,再也不用怕摩擦力的学习了。
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