1. 不會判斷物體間是否具有相對運動趨勢從而不能判斷是否存在靜摩擦力。
2. 不會判斷物體相對運動趨勢的方向從而不能判斷靜摩擦力的方向。
由於靜摩擦力在具體問題中表現出「動中有靜,靜中有動,若有若無,方向不定」的複雜性,對於初學者來說不易理解。尤其是判斷相對運動趨勢,「勢」即「引而不發」,是不可見的,學生知道假設接觸面光滑來判斷相對運動趨勢,但是不會判斷假設接觸面光滑下的相對運動。
1. 通過幾個簡單的實例讓學生理解相對運動趨勢,靜摩擦力的方向與相對運動趨勢的關係。
2. 在教師的引導下讓學生分析假設光滑條件下的相對運動,從而學會判斷相對運動趨勢。
3. 設計實驗讓學生看到接觸面光滑情況下的相對運動,結合理論分析加深對相對運動趨勢的理解。
教學片斷1:
準備一個大的玻璃瓶,裝滿水,用雙手捧住舉起來。分析玻璃瓶的受力情況。學生根據初中所學的二力平衡知識,很容易判斷玻璃瓶受的重力和靜摩擦力是一對平衡力,靜摩擦力的方向豎直向上。那麼如果玻璃瓶表面變成滑溜溜的,沒有了靜摩擦力,玻璃瓶就會向下滑落。這個向下滑落的方向就是玻璃瓶相對接觸面的相對運動趨勢,而靜摩擦力的方向與這個相對運動趨勢相反。
把毛刷放在桌面上,用力拉毛刷的把手,使毛刷上部稍稍移動一些,毛刷的下部由於受到桌面的摩擦力仍靜止。刷毛髮生了彎曲,彎曲的方向也和上部移動的方向相反,說明靜摩擦力的方向與相對運動趨勢相反。
所謂相對運動趨勢,是指「想要」發生相對運動,但是又沒能發生相對運動的一種狀態。為什麼沒能發生相對運動?是因為受到了靜摩擦力,所以靜摩擦力的作用是阻止了相對運動的發生。如果沒有了靜摩擦力,相對運動就會發生,所以可以通過假設接觸面光滑的方法來判斷相對運動趨勢,而靜摩擦力的方向一定與物體相對運動趨勢的方向相反。
例如上圖,傳送帶和物塊都處於靜止狀態。如果接觸面突然變成光滑,物塊會立刻沿著傳送帶加速下滑,所以物塊有相對傳送帶下滑的趨勢,靜摩擦力沿斜面向上。
如果物塊和傳送帶一起勻速向上運動呢?如果接觸面突然變成光滑,物塊立刻開始減速,其速度將小於傳送帶,相對傳送帶向下運動,所以物塊仍有下滑趨勢,靜摩擦力依然沿斜面向上。
如果物塊和傳送帶一起勻速向下運動呢?如果接觸面突然變成光滑,物塊將立刻向下加速,而傳送帶是勻速向下運動,物塊的速度大於傳送帶,所以物塊依然有相對傳送帶向下的運動趨勢,靜摩擦力方向還是沿斜面向上的。
教學片斷2:
分析自行車前後輪的摩擦力方向。
首先要區分自行車的前後輪的區別,後輪是主動輪,人踩踏板,通過齒輪傳動給後輪提供轉動的動力,而前輪是從動輪,若是後輪離開了地面空轉,前輪是不會轉動的。
假設地面是光滑的,前後輪將怎樣運動?我們用實驗來演示。將自行車的後輪放在一塊板上,板下墊一些細金屬棍。踩動自行車踏板,板向後運動,而自行車並不向前移動,說明板受到了向後的靜摩擦力。根據牛頓第三定律,後輪受到向前的靜摩擦力。再把板放在前輪下面,踩動踏板,木板和前輪一起向前運動,說明板受到了向前的靜摩擦力,而前輪受到了向後的靜摩擦力。
後輪是主動輪,輪胎與地面接觸的部分相對地面有向後運動的趨勢,所以靜摩擦力向前。而前輪是從動輪,不會主動轉動,所以與地面接觸的部分有向前運動的趨勢,靜摩擦力向後。從以上實驗和理論分析我們總結出,靜摩擦力對主動輪來說是動力,對從動輪來說是阻力。