克服思维定势 透析摩擦力

沈文娣

摩擦力是初中物理力学中的重点和难点，学生普遍反映摩擦力学习有难度，个别学生甚至是“谈摩色变”，患上了“恐摩症”。究其原因，除学科本身的特点外，还跟学生的思维定势有关。思维定势（Thinking Set） 是指由先前的活动而造成的一种对活动的特殊的心理准备状态，或活动的倾向性。在环境不变的条件下，定势使人能够应用已掌握的方法迅速解决问题，而在情境发生变化时，它则会妨碍人采用新的方法。随着教改的深入，很多教师也认识到研究学生思维规律的重要性。针对学生产生的困惑，笔者在分析他们思维特点的基础上做了一些梳理和思考，并在教学实践中做了有益的尝试和探索。

一、摩擦力方向和物体运动方向一定相反吗

“物理来源于生活，应用于生活。”初一学生在学习摩擦力之前，已经对摩擦力有了初步的概念。这种先入为主的片面甚至是错误的“前概念”阻碍了物理概念的正确形成。他们认为，摩擦力就是阻碍物体运动的力，那么想当然地：摩擦力的方向与物体的运动方向相反。学生对这种所谓的“前概念”有强烈的心理倾向，甚至心理固执。教材对摩擦力方向作了简洁、科学地描述：“摩擦力方向与物体相对运动或相对运动趋势方向相反”。但初一学生往往理解有误：其一，把“相对运动”等同于了“运动”。相对运动是指研究对象相对于接触的另一物体（即参照物）而言的，与周围其他物体无关。例如，一木块受到水平向右的拉力，在水平桌面上运动，实际上是指研究对象“木块”相对于接触面“桌面”在向右运动，木块就受到桌面施加的向左的摩擦力。这个结论跟学生已有的生活经验相吻合，学生觉得易于理解和接受。在实际练习中，我们经常会碰到摩擦力方向和物体运动方向一致的情况，学生觉得难以理解。其二，对“相对运动趋势”理解透彻。“相对运动趋势”是物体“想动而未动”的状态，确实不如“相对运动”直观，具有很强的隐蔽性，学生分析起来较困难。

例1：如下图所示，物体A叠放在物体B上，水平地面光滑，外力F作用于物体B上使它们一起运动，试分析两物体受到的摩擦力的方向。

错解：物体A、B都受到向左的摩擦力。

分析：本题中假设A、B间接触面是光滑的，当F使物体B向右运动时，物体A由于惯性， A相对于B有向左的运动趋势，所以A受到B施加的水平向右的静摩擦力。因为力的作用是相互的，B也受到A施加的水平向左的静摩擦力，根据题设条件，水平地面光滑，B物体没有受到地面施加的摩擦力。（具体受力分析如图1-2所示）

二、摩擦力一定是阻力吗

思维定势是一种按常规处理问题的思维方式。思维定势会产生错误的思维倾向，进而对物理学习产生障碍。例如，对摩擦力到底是阻力还是动力问题，同学们在学习了“摩擦力概念”后，以概念中的“阻碍物体相对运动或相对运动趋势”为证据，并结合已有的生活经验，在头脑中牢固地形成了摩擦力是阻力的错误认知。笔者适时的配合习题训练及时更正学生正在产生或已经产生的负面思维定势，而用积极的思维定势取而代之。如，下面的小猴子爬树，笔者引导学生分析其受力情况：小猴子竖直方向受到重力和摩擦力。摩擦力方向——竖直向上，和小猴子的向上运动方向一致，在这里摩擦力是一种推动物体前进的动力。又如，例1中，A物体受到的摩擦力方向水平向右，也和物体运动方向相同，也是动力。可见，摩擦力是动力还是阻力，要具体问题具体分析。如果“囫囵吞枣”，只看表面而不细究本质，既无法达到提高物理学习能力的目的，又不能体会到物理内在的美，这是和新课程倡导的学习方式背道而驰的。

三、运动的物体一定受到摩擦力，而静止的物体一定没有受到吗

思维定势对问题解决既有积极的一面，也有消极的一面。当新旧问题“形似质异”时，思维的定势往往会使人步入误区，难以涌出新思维，作出新决策，造成知识和经验的负迁移。在学生的潜意识中认为，运动的物体受到摩擦力，静止的物体不受摩擦力。为克服这种思维定势的负面影响，笔者在教学中特别注重摩擦力概念的建立环节。在概念形成时，笔者通过大量实例和演示实验将摩擦现象展示在学生面前，启迪学生挖掘其本质特征，剔除次要因素，抽象出摩擦力概念——“相互接触的两个物体，当它们做相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫摩擦力。”在概念呈现后，笔者又启发学生辨析概念，认清概念的内涵和外延，并特意暴露了概念中的诸多干扰因素。例如，我出示了图3的四种运动状况，请同学们以小组讨论的形式议一议物体是否受到摩擦力的作用。

教师和学生在排除干扰因素的过程中，总结出了摩擦力产生的三个必要条件：（1）两物体相互接触并挤压；（2）接触面粗糙；（3）有相对运动或相对运动趋势。这样学生对摩擦力概念有了较清晰的认识，同时也明确了：运动的物体不一定受到摩擦力，而静止的物体也可能受到摩擦力。在概念的深化阶段，教师还要注意揭示相近知识间的共性和个性，有意设置“误区”，让学生“上当”。笔者精心选择了例2，所选题目的答案既非唾手可得，又非可望而不可及，而是跳一跳才能得到。

例2：（2011杭州中考）将一袋大米放在匀速向右运动的输送带上，开始米袋与输送带间有一段距离的相对滑动，然后米袋随输送带一起匀速运动。当输送带突然制动时，米袋会继续向前滑动一段距离后停下。（请选填合适的字母标号）

A. 受到方向向右的摩擦力。

B. 受到方向向左的摩擦力。

C. 不受力。

（1）米袋刚放上输送带的瞬间，米袋在水平方向上受力情况为________。

（2）当米袋随输送带一起匀速运动时，米袋在水平方向上受力情况为________。

（3）当将输送带突然制动时，米袋在水平方向上受力情况为________。

分析：（1）米袋是我们的研究对象。输送带是保持匀速向右运动的，当米袋刚放上时，其速度明显比输送带慢，即米袋相对于输送带是向左运动的，所以米袋受到水平向右的摩擦力。（2）物体匀速直线运动时受到平衡力。米袋水平方向上如果受摩擦力，一定有另一个力与它平衡，因为没有其他力，所以摩擦力也就不存在。（3）输送带制动时，米袋由于惯性，还要继续向右运动，此时受到水平向左的摩擦力。

四、滑动摩擦力大小，一定等于物体受到的拉力吗

辩证法观点认为，不同事物间既有相似性，又有差异性。思维定势所强调的是事物间的相似性和不变性。在问题解决中，它是一种“以不变应万变”的思维策略。而具体的物理问题形式复杂多变，当提问角度稍有变化时，受思维定势的影响，许多学生不能适应和理解这种变化，造成思路不畅，缺乏思维的灵活性。由于初一学生认知水平的局限，教材对摩擦力的大小没有具体的计算要求，只是对滑动摩擦力大小做了定性的研究。教材设计了“探究摩擦力的相关因素”实验，如图5所示。

运用控制变量法，得出结论：滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关。笔者在实验中就强调：此实验的原理是二力平衡，只有物体做匀速直线运动时，摩擦力大小才等于拉力大小。当碰到具体题目时，不管物体是否做匀速直线运动，部分学生均以摩擦力大小等于拉力大小作答。学生的思维上有一个“死扣”，阻止了学习的进一步前进。教学中教师可设计一定的梯度，给学生思维提升的平台。例如，在实验中当木块放在水平桌面上做匀速直线运动时，弹簧秤的读数为3N时，说明木块受到的摩擦力也是3N；那么，当老师把拉力提高到5N时，你认为木块受到的摩擦力是多少呢？使学生明确：当拉力变大时，由于地面受到的压力大小不变，接触面的粗糙程度也不变，故木块受到的摩擦力大小也不变。同时提醒学生“此时的木块仍做匀速直线运动吗？”经过观察，学生发现木块在做加速运动，不属于平衡状态，也就不满足二力平衡的条件。在学生对摩擦力知识有较全面的理解时，笔者用例3（图6）作为学生对摩擦力知识运用的综合检验题。

例3：如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体运动速度v与时间t的关系如图乙所示。由图象可知，当t=1s时，物体处于________状态，物体受到的摩擦力为_______N；当t=5s时，物体受到的摩擦力为____ N；t=3s时，物体受到的摩擦力为_____N。

分析：由图可知，当t=1s时，物体速度为0，有向右运动的趋势，受到静摩擦力为1 N；t=5s时，物体做匀速直线运动，滑动摩擦力大小等于推力大小，为2N；当t=3s时，由于物体作加速运动，和第5秒钟时相比，压力大小和接触面的粗糙程度都不变，所以摩擦力仍为2N。

总之，在科学教学过程中，教师既要专研教材，也要注重剖析学生学习物理的思维规律特点，引导学生多角度、多途径思考问题，尽可能地降低思维定势的消极作用，逐步构建学生学习物理的良好思维习惯。