馬　劍

(江蘇省南京市第九中學(xué)，江蘇　南京　210018)

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“問題串”在靜摩擦力教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

馬劍

(江蘇省南京市第九中學(xué)，江蘇南京210018)

“靜摩擦力”是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容，為了提高概念教學(xué)的有效性，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的過程性，筆者通過情境設(shè)置引入靜摩擦力，通過演示實驗，設(shè)置問題串，使學(xué)生體會并理解相對運動趨勢、靜摩擦力方向和大小.

靜摩擦力；問題串；教學(xué)設(shè)計

“問題串”是指在一定的學(xué)習(xí)范圍或主題內(nèi)，圍繞一定目標或某一中心問題，按照一定邏輯結(jié)構(gòu)精心設(shè)計的一組問題，其主要特征為：(1) 使學(xué)生成為問題情境中的角色；(2) 教師圍繞課程內(nèi)容，設(shè)計、安排問題串，鼓勵學(xué)生解決問題；(3) 教師創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生思考，不斷引導(dǎo)學(xué)生深入地理解和掌握知識.

在“靜摩擦力”的教學(xué)中，學(xué)生對于“靜摩擦力”有一定的知識儲備，但這些知識比較零散、不成體系，甚至有些是錯誤的，因此在新授課時教師需要對學(xué)生的已有知識進行梳理并作必要的補充.在知識點教學(xué)中，“相對靜止”、“相對運動趨勢”等既是重點又是學(xué)生理解的難點，為了解決教學(xué)過程中遇到的實際問題，本文嘗試采用“問題串”的形式進行課堂教學(xué).

1　設(shè)置情境，引入課題

師：有一次我推車(如圖1)，用力推但是沒推動.在這個過程中，地面與汽車之間產(chǎn)生了什么力？

生：摩擦力.

師：是什么摩擦力？

生：靜摩擦力.

師：接著兩個人一起推(如圖2)，還是沒推動，靜摩擦力的大小怎么改變？

生：變大了.

師：生活中常見的電扶梯有“階梯式”和“斜面式”.當我隨著斜面式扶梯緩緩上升時(如圖3)，是否受到摩擦力的作用？如果有，是什么摩擦力？

圖3

生：有，靜摩擦力.

利用生活中的親身體驗，是理解概念的捷徑，通過情境設(shè)置，提出本節(jié)課的課題——靜摩擦力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

2　體驗靜摩擦力，明確相對靜止

師：在圖4所示的5幅圖片中選出與靜摩擦力相關(guān)的選項.

圖4

生：圖片1、3、5(并歸納靜摩擦力的特點).

在這一環(huán)節(jié)中學(xué)生通過生活中常見的摩擦現(xiàn)象，歸納得出產(chǎn)生靜摩擦力時，兩個物體相對靜止(在這里暫不對相對靜止進行詳細的討論).設(shè)計目的在于讓學(xué)生清楚靜摩擦力、滑動摩擦力是兩種不同類型的摩擦力，區(qū)別之一就是相互接觸的兩個物體間相對位置關(guān)系.

3　通過切身體驗，探究靜摩擦力的產(chǎn)生條件

師：水杯能靜止在空中(如圖4中圖片3)，是因為受到了豎直向上的靜摩擦力的作用.要在相對靜止的兩個物體間產(chǎn)生靜摩擦力，需要滿足什么條件？

生：用力握住水杯.

師：握住水杯是不是也可以這樣來表述：對接觸面施加壓力？還有沒有同學(xué)需要補充的？

如果學(xué)生一時沒有想到，教師可以做出提示：接觸面是粗糙還是光滑的？

“相對靜止的物體間存在相對運動趨勢”這個條件對于學(xué)生而言，只是知曉而沒有理解，所以可以直接給出靜摩擦力產(chǎn)生的條件.

4　體會相對運動趨勢

教師引導(dǎo)學(xué)生，首先用手托住書本(如圖5)，緊接著慢慢地反轉(zhuǎn)手掌.

圖5

師：感受到書本的相對運動趨勢沒有？

生：有沿著手掌向下的運動趨勢.

師：運動趨勢是不是可以這么理解：物體想動卻沒有動？

將生活中的具體事例抽象為物理模型，讓學(xué)生去判斷相對運動趨勢的方向.

例1：如圖6所示,物體在水平面上或斜面上靜止時,分析物體的運動趨勢.

圖6

這些物體相對運動趨勢的問題難度不大，可讓學(xué)生思考片刻再回答.此例題除了要讓學(xué)生進一步熟悉相對運動趨勢，還要能提出判斷相對運動趨勢的方法.

師：我們可以用什么方法來判斷物體的相對運動趨勢？

如學(xué)生覺得較為困難，教師不妨稍作提示給出方法——假設(shè)法.假設(shè)沒有摩擦力，物體的相對運動方向即為相對運動趨勢的方向.

5　靜摩擦力的方向

情境設(shè)置：用毛刷演示實驗.將毛刷放在左手上，接著用右手緩慢向右拉毛刷(如圖7).

圖7

師：請同學(xué)們仔細觀察，并做出相應(yīng)的解釋.

生：可以看到刷毛彎曲了，因為受到了左手對刷毛施加的靜摩擦力作用.

在教學(xué)過程中，學(xué)生在回答這個問題時還是有一定的難度.如學(xué)生一時難以答出，可引導(dǎo)其思考以下問題.

師：刷毛下端與左手有沒有發(fā)生相對運動？

生：沒有.保持相對靜止.

師：刷毛下端在左手的帶動下向左彎曲了，是什么力造成的？力的方向朝哪邊？

生：刷毛受靜摩擦力作用，方向沿著接觸面向左.

師：刷毛相對于手的運動趨勢方向朝哪？

生：毛刷有相對于左手向右的運動趨勢.

刷毛對于左手的相對運動趨勢向右，刷毛受到的靜摩擦力的方向向左，它們的方向相反.大量的實驗表明：物體所受靜摩擦力的方向在接觸面內(nèi)，和物體與接觸面間的相對運動趨勢方向相反.

例2：分析圖6的4種情景下物體所受靜摩擦力的方向.

通過例題，強化靜摩擦力的判斷過程，還可以穿插介紹利用二力平衡的原理判斷靜摩擦力的方法，并對兩種方法進行比較.

6　靜摩擦力的大小

師：研究靜摩擦力，實驗探究是一種非常好的方式.請同學(xué)們討論一下，可以設(shè)計什么樣的實驗裝置來研究？

生：用彈簧測力計拉木塊，根據(jù)二力平衡的原理測出靜摩擦力的大小.

教師對設(shè)計方案給予一定的肯定，并給學(xué)生介紹，通過實際操作對比，本節(jié)課用于演示的實驗裝置經(jīng)過了改進(如圖8).

圖8

6.1熟悉實驗裝置

如圖9所示是本實驗的實物圖，圖中最下方是一個帶擋板的長木板，彈簧秤的一端固定在擋板上，另一端與木塊相連，木塊的下方是一個可移動的接觸面(在本實驗中，可移動的接觸面是紙條，彈簧秤可用力傳感器替代).

問題1：拉動紙條時，物塊相對接觸面的運動狀態(tài)會如何改變？

問題2：拉動紙條時，物塊會受到摩擦力的作用嗎？如果有，是什么摩擦力？

問題3：產(chǎn)生的靜摩擦力的大小與彈簧秤的讀數(shù)大小相等嗎？

6.2探究靜摩擦力大小的特點

探究1：在緩慢拉紙條時(保持物塊與紙條相對靜止)，觀察靜摩擦力的數(shù)值變化.

生：靜摩擦力的數(shù)值增加且有最大值.

師：如何直觀地反映數(shù)值的變化規(guī)律？

生：可以作出F-t圖像(如圖10)，靜摩擦力的大小關(guān)系為：0

圖10

探究2：影響大靜摩擦力大小的因素(根據(jù)課程標準，對于此問題不宜深入探究).

(1) 研究接觸面的粗糙程度與Fmax的關(guān)系.

(2) 研究正壓力大小與Fmax的關(guān)系.

7　首末呼應(yīng)，完成教學(xué)

重新審視用于新課引入時的電扶梯問題，在討論中明確“相對靜止”的含義.相對靜止是相對接觸面是靜止的，相對地面可以是靜止的，也可以是運動的.

8　教學(xué)反思

總的來說這節(jié)課較好地完成了教學(xué)目標，邊教邊導(dǎo)、邊學(xué)邊練，首尾呼應(yīng).首先，貼近生活情境的引入能一下抓住學(xué)生的注意力，并激發(fā)起學(xué)生的興趣；其次用實驗描述概念的特征，語言、文字、圖像等信息的協(xié)同刺激有助于學(xué)生對知識的記憶和提取.再次，精心設(shè)計“問題串”，讓教學(xué)在互動中進行，學(xué)生的參與度較高，體驗感較為豐富.

[1] 程波.設(shè)計問題串構(gòu)建高效課堂[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，(11).

[2] 曹嫚冬.多版教材中“摩擦力”內(nèi)容的比較研究[J].物理之友，2015,31(5).

[3] 吳必龍.例談摩擦力的函數(shù)圖像[J].物理之友，2015,31(8).

[4] 周亞云,曲艷平.在體驗和創(chuàng)新中幸福地學(xué)習(xí)物理——以研究性學(xué)習(xí)《生活中的摩擦力》為例[J].物理之友，2015,31(9).