馬瑞斌

一、教學(xué)背景分析：

本節(jié)課的內(nèi)容是高一學(xué)生學(xué)習(xí)必修2《機械能守恒定律》后的補充學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生在對功能關(guān)系有了一定的認(rèn)識后，容易對克服摩擦力做功與摩擦生熱產(chǎn)生概念性的混淆，認(rèn)為克服摩擦力做了多少功就會產(chǎn)生多少熱，所以本節(jié)課重在對二者進行區(qū)分與訓(xùn)練，由淺入深幫助學(xué)生循序漸進的構(gòu)建認(rèn)知。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)前已經(jīng)對摩擦生熱有了一定的認(rèn)知，并且初步構(gòu)建了從功能關(guān)系、能量守恒角度去分析問題的思想，但是在實際操作應(yīng)用上，還欠缺火候，分析問題不夠全面，容易受習(xí)慣性思維的影響，對問題的理解產(chǎn)生片面性的認(rèn)識。

三、案例描述

師：同學(xué)們，我們通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。那么，克服摩擦力做功等于摩擦生的熱嗎？

生1：克服摩擦力做功等于摩擦生的熱

生2：克服摩擦力做功不等于摩擦生的熱

（通過學(xué)生們的回答，可以反映出學(xué)生對二者的關(guān)系，在認(rèn)識上存在問題。受習(xí)慣思維的影響，判斷問題停留于表面，沒有深入的從本質(zhì)去思考問題。以我的教學(xué)經(jīng)驗來判斷，學(xué)生經(jīng)常研究物體與地面發(fā)生滑動摩擦生熱的情況，這樣的話這一對滑動摩擦力只有地面對物體的摩擦力做負(fù)功，而物體對地面的摩擦力不做功，才會出現(xiàn)物體克服地面的滑動摩擦力做的功等于摩擦產(chǎn)生的熱量的情況。所以我先列出相對地面滑動摩擦生熱這種特殊情況，再列出兩物體相對地面均運動且兩物體間相對滑動的情況，進行摩擦生熱本質(zhì)的探究，通過對比的形式幫助學(xué)生們建立正確的認(rèn)知。）

情境一：

師：示例1.如圖所示，一質(zhì)量為m物塊以初速度為v0在水平地面滑行，木塊與地面的摩擦因數(shù)為μ，試判斷物塊的運動過程及地面對物塊的摩擦力的做功情況。

生：物塊做勻減速運動，直至停止;地面對物塊的摩擦力做負(fù)功，也可以說物塊克服地面對它的摩擦力做功。

師：在物塊運動過程中由摩擦生了多少熱呢？

生：物塊的位移

物塊克服摩擦力做功

摩擦生的熱等于克服物塊克服摩擦力做的功

所以

師;還可以怎么求解呢？

生：根據(jù)能量守恒定律，摩擦生熱

所以，

情境二：

師：示例2.

如圖所示，質(zhì)量為m1足夠長的木板，靜止放置在光滑水平地面上，有一個可視為質(zhì)點質(zhì)量為m2的小物塊，以某一初速度v0從左端沖上木板，物塊與木板之間的摩擦因數(shù)為μ。求從物塊沖上木板到物塊和木板達到共同速度v的過程中摩擦產(chǎn)生的熱量。

分析過程示意圖

生（甲）：從物塊沖上木板到物塊和木板達到共同速度v的過程中物塊相對地面位移

物塊克服木板的摩擦力做功為

因為摩擦生的熱等于克服物塊克服木板對物塊摩擦力做的功

所以

師：結(jié)合例1做法，還可以怎么求解呢？

生（乙）：

生（丙）：由能量守恒定律可知摩擦生熱Q應(yīng)該是物塊與木板組成系統(tǒng)動能的減少量

所以：

（學(xué)生們受到示例1做法的影響，得出錯誤或片面的結(jié)論，實際上是對知識認(rèn)識不足，所導(dǎo)致的。）

師：同學(xué)們提出的三種解法，結(jié)果有所不同，哪種解法正確呢？為什么？

（通過設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生對比三種解法從中找出錯誤之所在）

師：下面我們一起來探究分析示例2所提出的問題

由動能定理可得

物塊： ①

也可以說物塊的動能減少量②

木板：木板動能的增加量? ③

木板對物塊的滑動摩擦力做負(fù)功，使物塊的動能減少;物塊對木板的滑動摩擦力做正功，使木板的動能增加。

設(shè)問：物塊的動能減少量與木板的動能增加量相等嗎？

生：不相等。因為木板對物塊的滑動摩擦力做負(fù)功大于物塊對木板的滑動摩擦力做正功，所以物塊的動能減少量大于木板的動能增加量。

師：對于木板與物塊組成的系統(tǒng)的動能是增加了還是減少了？

生：因為物塊的動能減少量大于木板的動能增加量，它們組成的系統(tǒng)的動能減少了

師：木板與物塊組成的系統(tǒng)的減少的動能轉(zhuǎn)化成了什么能量？

生：由能量守恒定律可知，木板與物塊組成的系統(tǒng)的減少的動能轉(zhuǎn)化成二者滑動摩擦產(chǎn)生的熱量。

師：回答的非常棒！下面我們一起做下推導(dǎo);

（一）從能量守恒角度去分析

法1：①式+③式得：

即：系統(tǒng)動能減少量

法2：系統(tǒng)動能的減少量? ?④

將②式③式代入④式得：

（二）從一對滑動摩擦力做功的角度去分析（回顧以前的認(rèn)識）

（在學(xué)習(xí)相互作用力做功時已經(jīng)探究過）

木板對物塊的摩擦力做負(fù)功

物塊對木板的摩擦力做正功

所以木板與物塊之間摩擦產(chǎn)生的熱量

師：通過我們一起對例2的探究分析，同學(xué)們認(rèn)為甲、乙、丙三位同學(xué)哪位同學(xué)的正確呢？

生：甲和乙同學(xué)的做法是錯誤的，丙同學(xué)的正確。

師：甲同學(xué)的做法為什么是錯誤的呢？在例1不是摩擦產(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力做的功嗎？

生：甲同學(xué)只考慮是木板與物塊的摩擦力做負(fù)功，而忽略了物塊對木板的摩擦力做正功，簡單的認(rèn)為，物塊克服摩擦力做的功就等于摩擦產(chǎn)生的熱量。在例1中，地面對物塊的摩擦力做負(fù)功，而物塊對地面的摩擦力不做功，所以物塊克服地面的摩擦力做的功等于摩擦產(chǎn)生的熱。

師：乙同學(xué)的做法為什么是錯誤的呢？

生;在應(yīng)用能量守恒定律時，乙同學(xué)只注意到了木板對物塊摩擦力做負(fù)功使物塊動能減少，而忽略了物塊對木板摩擦力做正功使木板動能增加。

師：通過上面的分析，我們可以得出下列結(jié)論：

1.只有在一對滑動摩擦力一個做負(fù)功，一個不做功的時候（如例1），克服摩擦力做的功才等于摩擦產(chǎn)生的熱量;如果兩物體間的滑動摩擦力一個做正功，一個做負(fù)功時，負(fù)功比正功多的量才是摩擦生的熱。

2.在以后的計算中，可以直接應(yīng)用Q= f滑Δx去求解摩擦生熱，式中Δx是相對滑動的路程。

3.可以應(yīng)用能量守恒定律間接去求摩擦生熱。

四、案例反思

在本節(jié)課中學(xué)生對“克服摩擦力做功”“摩擦生熱”間的理解上存在的問題對觸動很大?；剡^頭細細想來，看似偶然，實則必然，我們在平常教學(xué)中，總會給學(xué)生做一些總結(jié)規(guī)納，學(xué)生很容易用習(xí)慣性思維去分析認(rèn)識問題?？朔亓ψ隽硕嗌俟?，物體的重力勢能就增加了多少;克服彈簧彈力做了多少功，彈簧的彈性勢能就增加了多少;當(dāng)然，學(xué)生就會有克服摩擦力做多少功，摩擦就會產(chǎn)生多少熱這種片面性的認(rèn)識，更何況物塊相對地面滑動的過程中，的確是克服摩擦力做的功等于摩擦生的熱。這樣來看，學(xué)生對“摩擦生熱”“克服摩擦力做功”二者關(guān)系理解上存在片面性認(rèn)識的問題是再正常不過了。

再之，學(xué)生在初始學(xué)習(xí)相互作用力做功的時候，是應(yīng)用的第二種思想（一對滑動摩擦力做功的角度）去認(rèn)識摩擦生熱的，有許多學(xué)生不是十分理解，只是強行記憶了這個結(jié)論。隨著學(xué)生知識的積累，對功能關(guān)系有了進一步的認(rèn)識，我認(rèn)為引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用功能關(guān)系輔助學(xué)生去理解摩擦生熱，通過第一種方法①式及③式，逐步讓學(xué)生意識到：正是由于木板對物塊的摩擦力做負(fù)功使物塊動能減少量大于物塊對木板摩擦力做正功使木板動能的增加量，才使物塊與木板系統(tǒng)的動能減少，轉(zhuǎn)化內(nèi)能，兩種方法看似獨立，實則殊途同歸，相輔相成。通過兩種思想相互印證，多角度認(rèn)識問題，可以有效解決學(xué)生對二者關(guān)系的混淆。

我認(rèn)為，在以后的教學(xué)中，要少給學(xué)生一些思維的束縛及一些現(xiàn)成的結(jié)論，要注重培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知和理解過程，引導(dǎo)學(xué)生從多角度去分析認(rèn)識問題，盡量讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)知識間的區(qū)分及聯(lián)系。例如，本節(jié)課通過示例1和示例2的情境對比，引導(dǎo)學(xué)生從一對滑動摩擦力做功、功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化等多種角度去探究問題、辨析問題、比較問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識理解問題，幫助學(xué)生構(gòu)建正確而又全面知識框架體系避免學(xué)生形成思維定勢及對知識的片面理解。