tidb ob 打脸:关于中学物理教材中摩擦力及摩擦类型的教学思考

         摩擦力是生活中常见得一种力，但再物理教学中是一个比较难理解得知识，学生常会对一些具体事例作出似是而非的错误的结论，尤其在确定物体间是什么样的摩擦就很容易出错。下面我对摩擦力的概念及产生原因进行简要分析后，通过举例谈谈自己的一些浅显的看法。

1.摩擦力相关的基本概念及定义

摩擦力：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会再接触面上产生摩擦。而这种摩擦产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力，就是摩擦力。

摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力，其中动摩擦力又可分为滑动摩擦力和滚动摩擦力。静摩擦是两物体相互接触且相对静止，要发生滑动但又没发生滑动时产生得摩擦。滑动摩擦是指一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦。滚动摩擦是指一个物体在另一个物体的表面上滚动时产生的摩擦。

2.摩擦力得产生原因

摩擦力得产生原因很复杂，目前还没有确切的定论。近代物理学理论认为，产生摩擦力的主要原因有二种，一种是关于摩擦的凹凸啮合学说，认为摩擦是由于物体表面粗糙不平产生的。物体表面无论经过何种加工，都必然留下或大或小的凹凸，当两个物体接触时，在接触面上的凹凸不平部分就互相啮合，而使物体运动受到阻碍而引起摩擦力；第二种是分子粘合说，认为当相互接触的物体表面的分子之间的距离小到分子引力的作用范围内时，在两个物体紧压着的接触面上的分子引力便引起吸附作用，物体表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，这样摩擦力也就愈大。关于摩擦的本质，还待进一步研究。因此在教学中这部分只要求学生了解就可以了。

现在对于滚动摩擦人们普遍接受的是把它看做一种力矩。当一个物体在粗糙的平面上滚动时，如果不再受动力或动力矩的作用，它的运动将会逐渐地慢下来，最后静止下来。这个过程中，滚动的物体除了受到重力、弹力外，一般在接触部分受到静摩擦力。由于物体和平面接触处产生形变，当物体向前滚动时，接触处前方的支承面隆起形成微小鼓包，而支承面作用于物体的合弹力的作用点从最低点向前偏移了一个微小距离。正是这个合弹力，相对于物体的质心产生一个阻碍物体滚动的力矩，这就是滚动摩擦力了。

3.如何判断有无摩擦力以及区别摩擦的类型

在理解概念得基础上可以知道要判断物体间是否存在摩擦力，就要看物体之间是否具备了存在摩擦力的必要条件。两物体相互接触，在外力得作用下相互挤压发生形变，发生相对运动或有相对运动的趋势，接触面不光滑，只有全部具备了这四条件才会产生摩擦力，反之没有摩擦力。举个简单的例子当一个箱子放在水平地面上，除了受到重力和支持力作用外不受任何其他外力作用时，可以判断箱子与地面之间不具备发生相对运动或有相对运动趋势这一点，所以它们之间没有摩擦力存在；假如一个人用力去推这个箱子，那么在这个推力的最用下不管箱子是否运动起来，两者之间就满足了所有的条件，这时箱子与地面之间就存在了摩擦力(f)；再有拔河比赛中学生用力抓紧绳子向后拉脚用力蹬地，整个过程中手与绳子的接触面以及脚与地面的接触面上，全都满足了上面四个条件所以也存在这摩擦力。

静摩擦比较容易区别，从概念入手关键在于判断两个相互接触的物体之间是否发生了相对的滑动，如果只有滑动的趋势而没有真正发生滑动，就可以判断是静摩擦，反之就是动摩擦（或滑动摩擦）。比如我们用手竖直握着水杯时，水杯没有掉落，这时手与水杯之间的摩擦是静摩擦，如果我们稍减少握力让水杯从手中慢慢下滑，这时由于水杯与手之间发生了相对的滑动，所以这时的摩擦就是滑动摩擦；木块静止于一固定的粗糙斜面上时，木块受到重力沿斜面方向分力的作用而有沿斜面下滑得趋势，所以两者接触面上存在的是静摩擦(f)，若木块不静止而沿斜面下滑，这时的接触面间的摩擦就是滑动摩擦(f’)。再如汽车或自行车前进时，轮胎与地面的接触面处由于轮胎相对于地面是静止的且有与前进方向相反的运动趋势，所以接触面处存在静摩擦。

滑动摩擦和滚动摩擦在有些情况下，学生不太好理解。学生学在习了摩擦的概念之后，对一些书上举出轴和轴瓦的摩擦是滑动摩擦的例子，感到不好理解，学生认为轴在轴瓦之间的转动应该是滚动，怎么变成滑动摩擦了呢?而圆棒在地面上滚动时，确是滚动摩擦。这究竟是怎么回事呢？再如：用卷笔刀刨铅笔时，铅笔和卷孔内壁是什么摩擦大多数学生认为是“滚动摩擦”。这样学生会产生疑问。其实则不然，这种问题还有：“汽车前进时在车轮与地面是滚动摩擦，为什么车轮在打滑时车轮与地面，又是滑动摩擦了呢？”学生中存在这些问题表明他们并没有真正撑握区分滚动摩擦和滑动摩擦的方法。根据初中学的实际掌握的物理知识不多，根据可接受性原则，找出区别滚动摩擦与滑动摩擦的方法。

我们可以根据书中滑动摩擦和滚动摩擦的定义，从物体在另一物体接触面上，发生滑动和滚动的条件，总结出区分这两类摩擦的方法是这样的。当物体（如圆柱，轮或球）在另一物体上运动时，如果物体发生转动，同时物体轴线相对另一物体面发生移动，这时物体在另一物体上滚动，物体与另一物体接触面间产生滚动摩擦；如果物体不转动只移动，或者只转动不移动，这时物体在另一物体上滑动，则物体与另一物体接触面间产生滑动摩擦。这样我们就可以区分滚动摩擦和滑动摩擦。比如前面所说的汽车在前进时，车轮转动同时车轮相对地面向前移动因此车轮与地面间是滚动摩擦。面当轮“打滑”时，车轮虽然转动，但车轴相对地面不动，些时车轮与地面间是滑动摩擦。转椅上的滑动轴承中，转轴转动，但轴线相对轴瓦不动，用卷笔刀刨铅笔时，铅笔转动，但铅笔转轴相对卷孔内壁不动，因此两者都是滑动摩擦，再有滚珠轴承和圆柱轴承中，滚珠和圆柱在内、外圈之间转动，同时它们的转轴能够相对于内、外的接触面发生移动，因此这样的轴承转动，形成的摩擦是滚动摩擦。在移动比较重的物体时，在下面垫上几根圆柱形的滚棒，转动时滚棒转动，同时相对于地面和重物发生移动（或位移）因此滚棒跟地面和重物的摩擦都是滚动摩擦。设想棒在地面上固定不动，则此时棒和重物之间就是滑动摩擦了。传送带在正常的传动时，转轮与皮带间存在静摩擦；传送带打滑时，转轮与皮带间虽然存在转动但它们在相对运动过程中有接触面不变，因此它们之间的摩擦属于滑动摩擦。

通过实例分析，更加证明了区别滑动摩擦与滚动摩擦得关键，就是物体在另一物体上运动时，如果发生了转动，还要看，物体转动轴线相对另一物体接触面，有没有发生移动（或位移）。

学生搞清楚并熟练掌握了存在摩擦力的必要条件以及区别静摩擦滑动摩擦与滚动摩擦的关键后，理解起来就容易了，也就很容易快速准确做出判断。