教学中如何突破静摩擦力有无以及方向的判断?
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发布时间：2022-10-13 00:44
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时间：2023-10-25 18:16
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静摩擦力有无及方向的判断是学生学习的一个难点，教学中我们应该如何突破这个难点呢？本文将通过几个方面的分析及教学片段给出一些建议。
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学生常见的问题表现
1. 不会判断物体间是否具有相对运动趋势从而不能判断是否存在静摩擦力。
2. 不会判断物体相对运动趋势的方向从而不能判断静摩擦力的方向。
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难点产生的原因
由于静摩擦力在具体问题中表现出“动中有静，静中有动，若有若无，方向不定”的复杂性，对于初学者来说不易理解。尤其是判断相对运动趋势，“势”即“引而不发”，是不可见的，学生知道假设接触面光滑来判断相对运动趋势，但是不会判断假设接触面光滑下的相对运动。
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难点突破策略
1. 通过几个简单的实例让学生理解相对运动趋势，静摩擦力的方向与相对运动趋势的关系。
2. 在教师的引导下让学生分析假设光滑条件下的相对运动，从而学会判断相对运动趋势。
3. 设计实验让学生看到接触面光滑情况下的相对运动，结合理论分析加深对相对运动趋势的理解。
教学片断1:
准备一个大的玻璃瓶，装满水，用双手捧住举起来。分析玻璃瓶的受力情况。学生根据初中所学的二力平衡知识，很容易判断玻璃瓶受的重力和静摩擦力是一对平衡力，静摩擦力的方向竖直向上。那么如果玻璃瓶表面变成滑溜溜的，没有了静摩擦力，玻璃瓶就会向下滑落。这个向下滑落的方向就是玻璃瓶相对接触面的相对运动趋势，而静摩擦力的方向与这个相对运动趋势相反。
把毛刷放在桌面上，用力拉毛刷的把手，使毛刷上部稍稍移动一些，毛刷的下部由于受到桌面的摩擦力仍静止。刷毛发生了弯曲，弯曲的方向也和上部移动的方向相反，说明静摩擦力的方向与相对运动趋势相反。
所谓相对运动趋势，是指“想要”发生相对运动，但是又没能发生相对运动的一种状态。为什么没能发生相对运动？是因为受到了静摩擦力，所以静摩擦力的作用是阻止了相对运动的发生。如果没有了静摩擦力，相对运动就会发生，所以可以通过假设接触面光滑的方法来判断相对运动趋势，而静摩擦力的方向一定与物体相对运动趋势的方向相反。
例如上图，传送带和物块都处于静止状态。如果接触面突然变成光滑，物块会立刻沿着传送带加速下滑，所以物块有相对传送带下滑的趋势，静摩擦力沿斜面向上。
如果物块和传送带一起匀速向上运动呢？如果接触面突然变成光滑，物块立刻开始减速，其速度将小于传送带，相对传送带向下运动，所以物块仍有下滑趋势，静摩擦力依然沿斜面向上。
如果物块和传送带一起匀速向下运动呢？如果接触面突然变成光滑，物块将立刻向下加速，而传送带是匀速向下运动，物块的速度大于传送带，所以物块依然有相对传送带向下的运动趋势，静摩擦力方向还是沿斜面向上的。
教学片断2:
分析自行车前后轮的摩擦力方向。
首先要区分自行车的前后轮的区别，后轮是主动轮，人踩踏板，通过齿轮传动给后轮提供转动的动力，而前轮是从动轮，若是后轮离开了地面空转，前轮是不会转动的。
假设地面是光滑的，前后轮将怎样运动？我们用实验来演示。将自行车的后轮放在一块板上，板下垫一些细金属棍。踩动自行车踏板，板向后运动，而自行车并不向前移动，说明板受到了向后的静摩擦力。根据牛顿第三定律，后轮受到向前的静摩擦力。再把板放在前轮下面，踩动踏板，木板和前轮一起向前运动，说明板受到了向前的静摩擦力，而前轮受到了向后的静摩擦力。
后轮是主动轮，轮胎与地面接触的部分相对地面有向后运动的趋势，所以静摩擦力向前。而前轮是从动轮，不会主动转动，所以与地面接触的部分有向前运动的趋势，静摩擦力向后。从以上实验和理论分析我们总结出，静摩擦力对主动轮来说是动力，对从动轮来说是阻力。
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学习检测
1．判断图中物体A是否受摩擦力作用？若有，判断A受的摩擦力是静摩擦还是动摩擦？沿什么方向？
2．如图，水平的皮带传送装置中，O1为主动轮，O2为从动轮，皮带在匀速转动且不打滑。此时把一物体由静止放在皮带上的A点，若物体和皮带间不光滑，则下列说法正确的是 ( )
A．刚放上时，物体受到向左的滑动摩擦力
B．达到相对静止后，物体在A点右侧，受到的是静摩擦力
C．皮带上M点受到向下的静摩擦力
D．皮带上N点受到向下的静摩擦力
3．分析人走路时脚与地面间的摩擦力方向
本文选自北京师范大学出版社《基于核心素养的高中物理教学重难点突破》一书。
