田方嫻

(上虞市春暉中學(xué) 浙江 紹興 312353)

縱觀近幾年高考，我們會發(fā)現(xiàn)有一個上鏡率最高的模型——“斜面-滑塊”模型．無論是判斷物塊的運(yùn)動還是斜面的情況，受力分析是解決這類問題的關(guān)鍵.而在受力分析中，有一個力的分析是最為困難的，因?yàn)樗偸潜粍拥漠a(chǎn)生、默默的存在，特別是方向的判斷，還要分析相對運(yùn)動和相對運(yùn)動的趨勢，這個力就是摩擦力．我們把它稱之為“最熟悉的陌生人”．本文以這個最常見的模型為突破口，為大家揭開它的神秘面紗．

1 物理規(guī)律“錯中引”

易錯題目展示

【例1】一物體恰能在一個斜面體上沿斜面勻速下滑．在其勻速下滑的過程中突然給它施加一個垂直斜面向下的恒力F，斜面仍靜止不動. 此時斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖1

當(dāng)這么一個題目直接拋給學(xué)生時，大部分學(xué)生的思路是混亂的，常見的想法有以下幾種.

(1)認(rèn)為力F斜向左下作用，故對斜面有一個斜向左下的力，為了維持斜面的平衡，地面給斜面的靜摩擦力向右．

(2)發(fā)現(xiàn)物塊將沿斜面向下做勻減速直線運(yùn)動，有一個沿斜面向上的加速度，其水平分量向左，而斜面靜止，由系統(tǒng)牛頓第二定律，得出水平面受到水平向左的摩擦力．

(3)雖然知道選項(xiàng)D肯定不會選，但本身的確無法判斷其大小和方向．

引導(dǎo)學(xué)生從這類題目我們最熟悉的原型出發(fā)，來找找解決這類題目的規(guī)律．

2 物理規(guī)律“淺中來”

【例2】如圖2，一質(zhì)量為M，傾角為θ的斜面體靜置在粗糙水平面上，一質(zhì)量為m的物體A靜止于斜面上，下述結(jié)論正確的是

A.斜面體對地面的壓力大于(M+m)g

B.斜面體對地面的壓力等于(M+m)g

C.斜面體對地面的摩擦力為零

D.斜面體對地面的摩擦力不為零

圖2

學(xué)生往往能很快地應(yīng)用整體法來得出正確答案為B,C．接著引用2011年高考海南卷試題，使物體的運(yùn)動狀態(tài)變?yōu)樵谛泵嫔蟿蛩傧禄?/p>

【例3】如圖3，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物塊正在沿斜面以速度v0勻速下滑，斜劈保持靜止，則地面對斜劈的摩擦力

A.等于零

B.不為零，方向向右

C.不為零，方向向左

D.不為零，v0較大時方向向右，v0較小時方向向左

圖3

引導(dǎo)學(xué)生從整體法和作用力與反作用力的兩個不同的角度來分析，可以體會出整體法的便捷和作用力與反作用力解法的嚴(yán)謹(jǐn)，各有利弊．

接著在該題的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步，原本勻速運(yùn)動的物體上再施加一個沿斜面方向的外力F，如圖4．

圖4

【例4】如圖5所示，一物體恰能在一個斜面體上沿斜面勻速下滑，可以證明出此時斜面不受地面的摩擦力作用，若沿斜面方向用力F向下推此物體，使物體加速下滑，斜面依然和地面保持相對靜止，則斜面受地面的摩擦力是

A.大小為零

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖5

本題的特征是物體加速運(yùn)動，兩個物體加速度不同，整體法分析問題遇到了困難，但是學(xué)生可以與勻速下滑時比較，物塊對斜面的正壓力和摩擦力都沒有變化，斜面受力情況不變．有了前面幾題的鋪墊，本題的解答，學(xué)生水到渠成．同時為了做好最開始易錯題的解答，再次引導(dǎo)學(xué)生從受力分析來研究，看看是否能得出相同的結(jié)果.

在學(xué)生進(jìn)行受力分析時，教師引導(dǎo)學(xué)生采用正交分解的方法判斷斜面體所受摩擦力的大小和方向．結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓力和摩擦力的水平分量還是一樣，剛好抵消．

回歸原題

圖6

有了前面的基礎(chǔ)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)此時物體對斜面的正壓力和摩擦力都發(fā)生了變化，所以用剛才的受力分析方法來比較.此時壓力的水平分量和摩擦力的水平分量到底誰大？分析結(jié)果得到仍舊為零，是巧合還是必然？引起學(xué)生的好奇．

仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)施加了F后，正壓力和摩擦力是等比例增加的，所以沒有施加力時物塊對斜面作用力的方向和施加力時作用力的方向是相同的．

進(jìn)一步深入，給物塊施加的力再任意一些，結(jié)果又會如何呢？

圖7

【例5】一物體恰能在一個斜面體上沿斜面勻速下滑．現(xiàn)用一與斜面成α角的推力推此物體,如圖8所示，使物體沿斜面加速下滑，則斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖8

因?yàn)槿我庖粋€力都可以分解成平行于斜面和垂直斜面兩個分力，由上面的兩個例子，可以發(fā)現(xiàn)毫無懸念，本題的答案還是A，不受摩擦力！

3 物理規(guī)律“比中尋”

通過如圖9所示的以一展五比較，我們可以發(fā)現(xiàn)

結(jié)論：當(dāng)一個物體恰能沿斜面勻速下滑，則無論是否對它施加其他外加力，斜面體和水平地面之間始終不存在相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢．

啟發(fā)：若一個物體在受到外加力后沿斜面下滑的過程中，斜面體不受地面的摩擦力，則撤去外加力后，物體一定沿斜面勻速下滑．

圖9

規(guī)律應(yīng)用1：加入磁場，規(guī)律不變.

【例6】一物體恰能在一個斜面體上沿斜面勻速下滑．現(xiàn)在空間加上一垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，并讓物體帶上正電，使它以一定的初速度沿斜面向下運(yùn)動的過程中(如圖10)，斜面仍靜止不動，則此時斜面受地面的摩擦力是

A.不受摩擦力

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.無法判斷大小和方向

圖10

4 物理規(guī)律“變中拓”

對于物理規(guī)律，不僅要求學(xué)生理解，而且要求會靈活運(yùn)用、舉一反三．因?yàn)檎莆瘴锢硪?guī)律的目的就在于能夠運(yùn)用物理規(guī)律去解決問題．運(yùn)用的過程，就是將抽象的物理規(guī)律轉(zhuǎn)化為具體的過程，從而完成認(rèn)識上的第二次“飛躍”．

【例7】如圖11，質(zhì)量為M的斜面體放在水平地面上，質(zhì)量為m的粗糙物塊以某一初速度沿斜面向上滑，至速度為零后又加速返回，而斜面體M始終保持靜止，則在物塊m上、下滑動的整個過程中

A．地面對斜面體M始終沒有摩擦力

B．地面對斜面體M的摩擦力先向右后向左

C．地面對斜面體M的摩擦力方向一直向左

D．地面對斜面體M的摩擦力方向一直向右

參考答案：D

圖11

推廣：進(jìn)一步設(shè)想，物體原本加速或減速下滑時，是否也存在類似的規(guī)律呢？若物體上滑呢？

拓展規(guī)律：斜面體和水平地面之間的摩擦力存在與否及方向如何，與斜面體上物體是否受到外加力或這些外加力的大小方向均無關(guān)，只與物體在不受外加力作用時的運(yùn)動情況有關(guān)．

(1)勻速下滑時，斜面體不受地面摩擦力的作用

(2)勻變速下滑時，斜面體受到地面摩擦力的作用，方向與物體運(yùn)動的加速度a在水平方向的分量相同．

(3)若物體上滑，則斜面體受到地面的摩擦力方向與物體運(yùn)動方向的水平分量相反．

【例8】如圖12所示，放在固定斜面上的物塊以加速度a沿斜面勻加速下滑，若在物塊上再施加一個豎直向下的恒力F，則

A．物塊可能勻速下滑

B．物塊將以加速度a勻加速下滑

C．物塊將以大于a的加速度勻加速下滑

D．物塊將以小于a的加速度勻加速下滑

圖12

根據(jù)以上總結(jié)的規(guī)律，可以非常方便地得出本題的答案是C．

規(guī)律應(yīng)用2：

【例9】如圖13，斜劈A靜止放置在水平地面上．質(zhì)量為m的物體B在外力F1和F2的共同作用下沿斜劈表面向下運(yùn)動，當(dāng)F1方向水平向右，F(xiàn)2方向沿斜劈的表面向下時，斜劈受到地面的摩擦力方向向左，則下列說法中正確的是

A．若同時撤去F1和F2，物體B的加速度方向一定沿斜面向下

B．若只撤去F1，在物體B仍向下運(yùn)動的過程

中，A所受地面摩擦力方向可能向右

C．若只撤去F2，在物體B仍向下運(yùn)動的過程中，A所受地面摩擦力方向可能向右

D．若只撤去F2，在物體B仍向下運(yùn)動的過程中，A所受地面摩擦力不變

圖13

參考答案：A，D

結(jié)語：通過以上“一引、二來、三尋、四拓”四步走的方法，能夠讓學(xué)生對物理規(guī)律的掌握知其然，更知其所以然．

總之，在物理規(guī)律的教學(xué)過程中，我們教師要認(rèn)真研究教材的深度和廣度，充分展開教與學(xué)的雙邊活動，按照由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，輔之以設(shè)疑引入、模型建立、推理概括、延展拓寬等教學(xué)手段，使概念、規(guī)律的教學(xué)過程符合學(xué)生的認(rèn)識規(guī)律，如此方可取得良好的教學(xué)效果．

參考文獻(xiàn)

1 徐立海，孔賽芝.物理教學(xué)中的“原型啟發(fā)”策略.物理教師,2010(11)：23～24

2 李磊.“應(yīng)運(yùn)而生,隨運(yùn)而變”與“應(yīng)力而生,隨力而變”——談“靜摩擦力”的特點(diǎn).物理教師，2010(9):11