巧用“四步法”进行物理教学

田方娴

(上虞市春晖中学 浙江 绍兴 312353)

纵观近几年高考，我们会发现有一个上镜率最高的模型——“斜面-滑块”模型．无论是判断物块的运动还是斜面的情况，受力分析是解决这类问题的关键.而在受力分析中，有一个力的分析是最为困难的，因为它总是被动的产生、默默的存在，特别是方向的判断，还要分析相对运动和相对运动的趋势，这个力就是摩擦力．我们把它称之为“最熟悉的陌生人”．本文以这个最常见的模型为突破口，为大家揭开它的神秘面纱．

1 物理规律“错中引”

易错题目展示

【例1】一物体恰能在一个斜面体上沿斜面匀速下滑．在其匀速下滑的过程中突然给它施加一个垂直斜面向下的恒力F，斜面仍静止不动. 此时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.无法判断大小和方向

图1

当这么一个题目直接抛给学生时，大部分学生的思路是混乱的，常见的想法有以下几种.

(1)认为力F斜向左下作用，故对斜面有一个斜向左下的力，为了维持斜面的平衡，地面给斜面的静摩擦力向右．

(2)发现物块将沿斜面向下做匀减速直线运动，有一个沿斜面向上的加速度，其水平分量向左，而斜面静止，由系统牛顿第二定律，得出水平面受到水平向左的摩擦力．

(3)虽然知道选项D肯定不会选，但本身的确无法判断其大小和方向．

引导学生从这类题目我们最熟悉的原型出发，来找找解决这类题目的规律．

2 物理规律“浅中来”

【例2】如图2，一质量为M，倾角为θ的斜面体静置在粗糙水平面上，一质量为m的物体A静止于斜面上，下述结论正确的是

A.斜面体对地面的压力大于(M+m)g

B.斜面体对地面的压力等于(M+m)g

C.斜面体对地面的摩擦力为零

D.斜面体对地面的摩擦力不为零

图2

学生往往能很快地应用整体法来得出正确答案为B,C．接着引用2011年高考海南卷试题，使物体的运动状态变为在斜面上匀速下滑．

【例3】如图3，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑，斜劈保持静止，则地面对斜劈的摩擦力

A.等于零

B.不为零，方向向右

C.不为零，方向向左

D.不为零，v0较大时方向向右，v0较小时方向向左

图3

引导学生从整体法和作用力与反作用力的两个不同的角度来分析，可以体会出整体法的便捷和作用力与反作用力解法的严谨，各有利弊．

接着在该题的基础上再进一步，原本匀速运动的物体上再施加一个沿斜面方向的外力F，如图4．

图4

【例4】如图5所示，一物体恰能在一个斜面体上沿斜面匀速下滑，可以证明出此时斜面不受地面的摩擦力作用，若沿斜面方向用力F向下推此物体，使物体加速下滑，斜面依然和地面保持相对静止，则斜面受地面的摩擦力是

A.大小为零

B.方向水平向右

C.方向水平向左

D.无法判断大小和方向

图5

本题的特征是物体加速运动，两个物体加速度不同，整体法分析问题遇到了困难，但是学生可以与匀速下滑时比较，物块对斜面的正压力和摩擦力都没有变化，斜面受力情况不变．有了前面几题的铺垫，本题的解答，学生水到渠成．同时为了做好最开始易错题的解答，再次引导学生从受力分析来研究，看看是否能得出相同的结果.

在学生进行受力分析时，教师引导学生采用正交分解的方法判断斜面体所受摩擦力的大小和方向．结果发现压力和摩擦力的水平分量还是一样，刚好抵消．

回归原题

图6

有了前面的基础，学生发现此时物体对斜面的正压力和摩擦力都发生了变化，所以用刚才的受力分析方法来比较.此时压力的水平分量和摩擦力的水平分量到底谁大？分析结果得到仍旧为零，是巧合还是必然？引起学生的好奇．

仔细分析，发现施加了F后，正压力和摩擦力是等比例增加的，所以没有施加力时物块对斜面作用力的方向和施加力时作用力的方向是相同的．

进一步深入，给物块施加的力再任意一些，结果又会如何呢？

图7

【例5】一物体恰能在一个斜面体上沿斜面匀速下滑．现用一与斜面成α角的推力推此物体,如图8所示，使物体沿斜面加速下滑，则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.无法判断大小和方向

图8

因为任意一个力都可以分解成平行于斜面和垂直斜面两个分力，由上面的两个例子，可以发现毫无悬念，本题的答案还是A，不受摩擦力！

3 物理规律“比中寻”

通过如图9所示的以一展五比较，我们可以发现

结论：当一个物体恰能沿斜面匀速下滑，则无论是否对它施加其他外加力，斜面体和水平地面之间始终不存在相对运动或相对运动趋势．

启发：若一个物体在受到外加力后沿斜面下滑的过程中，斜面体不受地面的摩擦力，则撤去外加力后，物体一定沿斜面匀速下滑．

图9

规律应用1：加入磁场，规律不变.

【例6】一物体恰能在一个斜面体上沿斜面匀速下滑．现在空间加上一垂直纸面向内的匀强磁场，并让物体带上正电，使它以一定的初速度沿斜面向下运动的过程中(如图10)，斜面仍静止不动，则此时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.无法判断大小和方向

图10

4 物理规律“变中拓”

对于物理规律，不仅要求学生理解，而且要求会灵活运用、举一反三．因为掌握物理规律的目的就在于能够运用物理规律去解决问题．运用的过程，就是将抽象的物理规律转化为具体的过程，从而完成认识上的第二次“飞跃”．

【例7】如图11，质量为M的斜面体放在水平地面上，质量为m的粗糙物块以某一初速度沿斜面向上滑，至速度为零后又加速返回，而斜面体M始终保持静止，则在物块m上、下滑动的整个过程中

A．地面对斜面体M始终没有摩擦力

B．地面对斜面体M的摩擦力先向右后向左

C．地面对斜面体M的摩擦力方向一直向左

D．地面对斜面体M的摩擦力方向一直向右

参考答案：D

图11

推广：进一步设想，物体原本加速或减速下滑时，是否也存在类似的规律呢？若物体上滑呢？

拓展规律：斜面体和水平地面之间的摩擦力存在与否及方向如何，与斜面体上物体是否受到外加力或这些外加力的大小方向均无关，只与物体在不受外加力作用时的运动情况有关．

(1)匀速下滑时，斜面体不受地面摩擦力的作用

(2)匀变速下滑时，斜面体受到地面摩擦力的作用，方向与物体运动的加速度a在水平方向的分量相同．

(3)若物体上滑，则斜面体受到地面的摩擦力方向与物体运动方向的水平分量相反．

【例8】如图12所示，放在固定斜面上的物块以加速度a沿斜面匀加速下滑，若在物块上再施加一个竖直向下的恒力F，则

A．物块可能匀速下滑

B．物块将以加速度a匀加速下滑

C．物块将以大于a的加速度匀加速下滑

D．物块将以小于a的加速度匀加速下滑

图12

根据以上总结的规律，可以非常方便地得出本题的答案是C．

规律应用2：

【例9】如图13，斜劈A静止放置在水平地面上．质量为m的物体B在外力F1和F2的共同作用下沿斜劈表面向下运动，当F1方向水平向右，F2方向沿斜劈的表面向下时，斜劈受到地面的摩擦力方向向左，则下列说法中正确的是

A．若同时撤去F1和F2，物体B的加速度方向一定沿斜面向下

B．若只撤去F1，在物体B仍向下运动的过程

中，A所受地面摩擦力方向可能向右

C．若只撤去F2，在物体B仍向下运动的过程中，A所受地面摩擦力方向可能向右

D．若只撤去F2，在物体B仍向下运动的过程中，A所受地面摩擦力不变

图13

参考答案：A，D

结语：通过以上“一引、二来、三寻、四拓”四步走的方法，能够让学生对物理规律的掌握知其然，更知其所以然．

总之，在物理规律的教学过程中，我们教师要认真研究教材的深度和广度，充分展开教与学的双边活动，按照由浅入深、循序渐进的原则，辅之以设疑引入、模型建立、推理概括、延展拓宽等教学手段，使概念、规律的教学过程符合学生的认识规律，如此方可取得良好的教学效果．

参考文献

1 徐立海，孔赛芝.物理教学中的“原型启发”策略.物理教师,2010(11)：23～24

2 李磊.“应运而生,随运而变”与“应力而生,随力而变”——谈“静摩擦力”的特点.物理教师，2010(9):11