亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        牛頓三定律與摩擦力教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        2017-09-12 18:33:16劉增澤馮杰
        物理教學(xué)探討 2017年8期
        關(guān)鍵詞:摩擦力實(shí)驗(yàn)

        劉增澤++馮杰

        摘 要:摩擦力實(shí)驗(yàn)難觀察,教師難直觀演示,使摩擦力演示實(shí)驗(yàn)可視程度低。牛頓三定律可實(shí)現(xiàn)摩擦力實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì),從物理學(xué)發(fā)展來看牛頓三定律與摩擦力有著千絲萬縷的聯(lián)系,了解兩者間的關(guān)系,有助于教師創(chuàng)新設(shè)計(jì)摩擦力實(shí)驗(yàn)。

        關(guān)鍵詞:摩擦力;牛頓三定律;實(shí)驗(yàn)

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)8-0061-3

        摩擦力是中學(xué)力學(xué)所要學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容,在教學(xué)過程中需要通過實(shí)驗(yàn)去更加直觀地讓學(xué)生理解摩擦力的相關(guān)知識。但是,摩擦力實(shí)驗(yàn)又是十分不易觀察與操作的,因此應(yīng)當(dāng)采用轉(zhuǎn)換的思維去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。摩擦力實(shí)驗(yàn)該如何設(shè)計(jì)呢?從亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動的原因”的錯誤觀點(diǎn),到伽利略排除摩擦力干擾進(jìn)行的理想斜面實(shí)驗(yàn),直至牛頓歸納總結(jié)形成牛頓三定律的產(chǎn)生,摩擦力都穿插在其中。它既是人們認(rèn)識力的障礙也是動力,因此牛頓三定律與摩擦力有著千絲萬縷的聯(lián)系。在實(shí)際教學(xué)中摩擦力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與牛頓三定律更是相依相伴的關(guān)系。

        1 摩擦力實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的困境

        首先,從人們對摩擦力本質(zhì)討論的發(fā)展進(jìn)程來看:摩擦力從人類文明建立就開始被人類認(rèn)識,但卻沒有明確的描述,直至伽利略給出了力的概念,特別是伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)里面所排除的就是摩擦力的影響,從作用效果上去闡述的摩擦力;之后,15世紀(jì)至18世紀(jì),科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論——凹凸嚙合說;基于凹凸嚙合說,英國學(xué)者德薩左利厄斯于1734年提出——粘附說[1];到現(xiàn)在我們所采用的摩擦力概念,摩擦力本質(zhì)在不斷地研究和完善中。

        其次,從現(xiàn)有摩擦力的定義分析,兩個(gè)互相接觸的物體且接觸面存在彈力,當(dāng)它們發(fā)生相對運(yùn)動或有相對運(yùn)動的趨勢時(shí),就會在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動的力,這種力就叫做摩擦力[2]。也就是說摩擦力是兩存在彈力的物體間,要想測量就好比測量物體內(nèi)部的性質(zhì)一樣,直接觀察這種力是非常困難的,直接在兩物體間進(jìn)行測量也是幾乎不可能的。

        最后,從摩擦力的分類上來看,其中中學(xué)的分類是:靜摩擦力、滑動摩擦力和滾動摩擦力。靜摩擦力,物體僅有運(yùn)動趨勢,如果產(chǎn)生這個(gè)運(yùn)動趨勢是一個(gè)隱力或者合力,不僅難測量大小,連方向都很難掌握;而滑動摩擦力方向與運(yùn)動方向相反,大小則借助受力分析得出;滾動摩擦則更為復(fù)雜。那么,三者的測量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是十分困難的。

        2 摩擦力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則與思維方法

        摩擦力實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)遵循實(shí)驗(yàn)的基本原則:科學(xué)性原則、精確性原則、探究性原則、安全性原則、簡便性和直觀性原則、趣味性原則等[3]?;谀Σ亮Ρ旧聿灰诇y量的特征,實(shí)驗(yàn)特別需要遵循客觀性原則,如果通過轉(zhuǎn)化進(jìn)行測量,需要明確講解轉(zhuǎn)化的過程,明確測量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)探究之間的關(guān)系,從而使學(xué)生從本質(zhì)上了解摩擦力的相關(guān)性質(zhì)規(guī)律。

        基于摩擦力本身的特點(diǎn),主要可應(yīng)用的思維方法:

        轉(zhuǎn)化法:將一個(gè)不容易測量的量轉(zhuǎn)化為容易測量的量。

        替代法:又叫等效法,用一個(gè)已知量替代被測量,調(diào)整此標(biāo)準(zhǔn)量,使整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)到測量前的狀態(tài),則被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量。

        控制變量法:多變量實(shí)驗(yàn),控制部分變量進(jìn)行研究[4]。

        3 從牛頓三定律角度設(shè)計(jì)摩擦力實(shí)驗(yàn)

        基于以上思維原則與方法,進(jìn)行摩擦力實(shí)驗(yàn)便有了基本思路,如何具體應(yīng)用則是在實(shí)際教學(xué)中的一個(gè)困擾師生的主要問題。下面將從牛頓三定律的角度去論述設(shè)計(jì)摩擦力的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

        3.1 牛頓三定律與摩擦力實(shí)驗(yàn)緣起

        牛頓第一定律:任何物體在不受任何外力的作用下,總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止[5]。牛頓第一定律是整個(gè)牛頓三定律的基礎(chǔ),它給出了慣性的定義,同時(shí)給出了力的定義,因此所有的力學(xué)的內(nèi)容都是基于此定律進(jìn)行的。因此,摩擦力實(shí)驗(yàn)更是基于牛頓第一定律的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。

        牛頓第二定律:物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。牛頓第二定律將力與運(yùn)動聯(lián)系在了一起,根據(jù)轉(zhuǎn)換法,很容易通過F=ma將對力的測量轉(zhuǎn)化為對運(yùn)動的測量,從而實(shí)現(xiàn)了將一個(gè)不易測量的量轉(zhuǎn)化為容易測量的量。

        牛頓第三定律:當(dāng)兩個(gè)物體互相作用時(shí),彼此施加于對方的力,其大小相等、方向相反[6]。摩擦力存在的條件就是基于兩個(gè)物體的相互作用,因此牛頓第三定律就是基于兩個(gè)物體相互作用的規(guī)律。也正是替代方法在摩擦力實(shí)驗(yàn)中的理論基礎(chǔ)。

        3.2 牛頓三定律在摩擦力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

        牛頓第一定律的重要意義已經(jīng)闡述,下面具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程將主要從牛頓第二定律與牛頓第三定律展開。以中學(xué)教學(xué)重點(diǎn)滑動摩擦力的相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行闡述。

        1.滑動摩擦力大小的測量實(shí)驗(yàn)

        第一步:確定測量量——滑動摩擦力。

        第二步:確定測量方法——間接測量。

        可選擇的測量方法一分析:可以根據(jù)受力分析,運(yùn)用平衡力測量出與滑動摩擦力等大的平衡力,需要注意等大的平衡力時(shí)物體的運(yùn)動狀態(tài)是勻速直線運(yùn)動或靜止,那么需要創(chuàng)造勻速運(yùn)動的狀態(tài),這種狀態(tài)的創(chuàng)設(shè)是存在一定難度的。

        可選擇的測量方法二分析:根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行轉(zhuǎn)化,由于勻速運(yùn)動的狀態(tài)不容易創(chuàng)造,因此可以任意給物體一個(gè)比最大靜摩擦力大的力,使之做勻變速直線運(yùn)動,就可轉(zhuǎn)化為測量物體運(yùn)動的相關(guān)實(shí)驗(yàn),這樣的運(yùn)動狀態(tài)相對比較容易控制。

        可選擇的測量方法三分析:根據(jù)牛頓第三定律相互作用力進(jìn)行等效替換,創(chuàng)造相對運(yùn)動,測量靜止物體所受摩擦力的大小。

        第三步:確定實(shí)驗(yàn)儀器及方法。

        實(shí)驗(yàn)方法一,可選用DIS滑動摩擦力測量組件,通過勻速電機(jī)牽引滑塊創(chuàng)造勻速運(yùn)動狀態(tài),拉力傳感器直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

        實(shí)驗(yàn)方法二,根據(jù)牛頓第二定律F=ma,要測量物體運(yùn)動的加速度,可直接通過光電門等一起直接測出,根據(jù)F=ma、△s=at2也可通過測量物體運(yùn)動的位移與時(shí)間來確定。同樣需要注意,還需要創(chuàng)造一個(gè)與接觸面平行的合外力,最簡單的利用自身重力的分量創(chuàng)造大于最大靜摩擦力的力,使物體產(chǎn)生勻加速直線運(yùn)動。因此,需要一個(gè)斜面(角度要適宜),一個(gè)滑塊,一個(gè)計(jì)時(shí)儀器(如秒表或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等),一個(gè)測量長度的儀器(米尺或刻度尺等)。其次,還可以通過外加力法實(shí)現(xiàn),則需要提供恒定大小的力,則可以試用豎直的勾碼組通過細(xì)線經(jīng)定滑輪轉(zhuǎn)向提供水平力。其余就是測量儀器,時(shí)間測量儀器,長度測量儀器,彈簧測力計(jì),如圖1所示。endprint

        實(shí)驗(yàn)方法三,根據(jù)牛頓第三定律完成替代,則需要兩個(gè)滑塊,一個(gè)彈簧測力計(jì),勾碼組合提供穩(wěn)定遷移力。其余就是測量儀器,彈簧測力計(jì),如圖2所示。

        通過上面的分析,可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器主要分為兩大類:實(shí)驗(yàn)用具和測量儀器。那么,在測量滑動摩擦力這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中:

        實(shí)驗(yàn)用具:滑塊、細(xì)線、勾碼、定滑輪、斜面等;

        測量工具:光電門、拉力傳感器、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧測力計(jì)、刻度尺等。

        第四步:確定實(shí)驗(yàn)過程。以上三種方法都遵循以下過程:首先受力分析,如有恒定外力先測量恒定外力的大小,其次根據(jù)牛頓定律進(jìn)行的思維方式選定的方法,對實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行操作,讀出測量儀器的相關(guān)數(shù)據(jù),直接得出摩擦力大小或?qū)?shù)據(jù)帶入公式得出摩擦力的大小。

        2.測量滑動摩擦因數(shù)大小

        與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程基本一致,下面將主要分析如何從牛頓三定律角度設(shè)計(jì)解決滑動摩擦力不能直接測量的問題,從而進(jìn)行思維的轉(zhuǎn)化。

        牛頓第一定律給出了實(shí)驗(yàn)的初態(tài),不受外力時(shí),物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動。

        牛頓第二定律,提供了轉(zhuǎn)換法的一條思路——F=ma、△s=at2,通過測量位移和時(shí)間就可以得出合外力的大小,再通過測量和受力分析就可以得出摩擦力的大小。根據(jù)f=μN(yùn),改變滑塊的載重就可以改變彈力N的大小,得出對應(yīng)的滑動摩擦力的大小,計(jì)算得出摩擦因數(shù)。

        牛頓第三定律,提供了替代法的一條思路——以靜替代動,通過測量相對運(yùn)動的靜止滑塊,測出摩擦力,依然根據(jù)f=μN(yùn),改變滑塊A的載重就可以改變彈力N的大小,得出對應(yīng)的滑動摩擦力的大小,計(jì)算得出摩擦因數(shù)。

        3.探究影響滑動摩擦力大小的因素

        這是一個(gè)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn),也是一個(gè)控制變量的實(shí)驗(yàn),因此進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要將實(shí)驗(yàn)形式盡可能總結(jié)全面,這樣才能確定盡可能全面的實(shí)驗(yàn)儀器,以便于學(xué)生進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)。針對于這個(gè)實(shí)驗(yàn),從牛頓三定律角度該如何去看待這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程呢?

        牛頓第一定律同樣是給出了實(shí)驗(yàn)的初態(tài),不受外力時(shí),物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動。

        牛頓第二定律同樣將對力的測量轉(zhuǎn)換到了運(yùn)動的測量,這個(gè)實(shí)驗(yàn)重在探究關(guān)系,不需要準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),因此根據(jù)F=ma、△s=at2可直接探究不同正壓力、不同接觸面粗糙程度下合外力與時(shí)間的關(guān)系,只需要保證滑塊滑動的位移一致。便于測量,運(yùn)動狀態(tài)容易創(chuàng)造,數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

        牛頓第三定律仍可以以靜代動,原理同以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn),使測量更加容易。

        三個(gè)實(shí)驗(yàn)通過牛頓三定律進(jìn)行思維轉(zhuǎn)化便可以解決勻速狀態(tài)不易獲得,數(shù)據(jù)不能直接測量等問題。當(dāng)然,將牛頓三定律結(jié)合在一起進(jìn)行設(shè)計(jì),測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確簡單。方式是將實(shí)驗(yàn)一第三種方法中外力F根據(jù)牛頓第二定律的設(shè)計(jì)思想,換成勾碼滑輪組合,進(jìn)而能實(shí)現(xiàn)B板產(chǎn)生穩(wěn)定的勻加速直線運(yùn)動狀態(tài),使彈簧秤產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。了解了牛頓三定律與摩擦力實(shí)驗(yàn)千絲萬縷的聯(lián)系,有助于教師更好地應(yīng)用和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),將摩擦力實(shí)驗(yàn)效果表現(xiàn)得更加出色。

        4 總 結(jié)

        實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一個(gè)邏輯性很強(qiáng)的過程,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意思維的轉(zhuǎn)化,牛頓三定律是聯(lián)系力與運(yùn)動的一個(gè)紐帶,牛頓三定律將內(nèi)斂的摩擦力表現(xiàn)出奔放的熱情,從牛頓三定律角度去分析設(shè)計(jì)將會擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路,簡化實(shí)驗(yàn)過程,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,提升實(shí)驗(yàn)效果。

        參考文獻(xiàn):

        [1]盧堂枝.關(guān)于“摩擦力”概念的討論[J].教學(xué)與管理,2003(03):65-66.

        [2]李友興.淺談中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維方法[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2007(Z1):36-38.

        [3]陳利.熟悉又陌生的摩擦力[J].中學(xué)生數(shù)理化(八年級物理)(配合人教社教材),2016(Z1):10-12.

        [4]顧燕紅.中學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的初步研究[D].蘇州:蘇州大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

        [5]孫麗媛,徐恩生,羅洪超.牛頓第一定律的實(shí)質(zhì)、地位和作用[J]. 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005(02):78-79+3.

        [6]范增.我國高中物理核心概念及其學(xué)習(xí)進(jìn)階研究[D].重慶:西南大學(xué)博士學(xué)位論文,2013.

        (欄目編輯 王柏廬)endprint

        猜你喜歡
        摩擦力實(shí)驗(yàn)
        記一次有趣的實(shí)驗(yàn)
        『摩擦力』知識鞏固
        理順摩擦力
        微型實(shí)驗(yàn)里看“燃燒”
        透析摩擦力
        做個(gè)怪怪長實(shí)驗(yàn)
        幫你認(rèn)識摩擦力
        摩擦力的“功”與“過”
        NO與NO2相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
        實(shí)踐十號上的19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)
        太空探索(2016年5期)2016-07-12 15:17:55
        在线天堂www中文| 蜜桃一区二区三区在线视频| 国产亚洲av综合人人澡精品| 人人妻人人做人人爽| 久久综合久久鬼色| 99久久国产亚洲综合精品| 久久精品久久精品中文字幕| 国产精品亚洲а∨无码播放| 毛片大全真人在线| 中文字幕不卡高清免费| 日本一二三区在线视频观看 | 久久亚洲中文字幕精品一区四| 亚洲av无码成人精品区在线观看| 亚洲av在线播放观看| 中文字幕成人精品久久不卡91| 少妇高潮av久久久久久| 国产av人人夜夜澡人人爽| 亚洲精品美女自拍偷拍| 五月婷婷丁香视频在线观看 | 国产又黄又湿又爽的免费视频| 亚洲av无码一区二区一二区| 丰满岳乱妇久久久| 美女窝人体色www网站| 成h视频在线观看免费| 色www永久免费视频| 亚洲丁香婷婷综合久久小说| 国产成人亚洲合色婷婷| 国产自拍av在线观看视频| 久久久午夜精品福利内容| 国产情侣一区在线| 亚洲肥婆一区二区三区| 免费a级毛片无码a∨中文字幕下载| 伊伊人成亚洲综合人网7777 | 动漫av纯肉无码av在线播放| 精品精品国产三级av在线| 亚洲精品成人av在线| 国产亚洲精品看片在线观看| 国产精品亚洲在钱视频| 精品偷自拍另类在线观看| 久久天天躁狠狠躁夜夜96流白浆| 国产一区二区三区亚洲天堂|