【摘要】滬科版八年級(jí)物理教科書(shū)第六章第五節(jié)摩擦力中，探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)明顯存在不足之處。由于滑動(dòng)摩擦力小于最大靜摩擦力，控制滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)比較困難[1]，另外滑動(dòng)摩擦力較小，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不明顯。本文將主要從兩個(gè)方面去完善此實(shí)驗(yàn)的不足，以求取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。

【關(guān)鍵詞】勻速拉動(dòng) 橡皮筋 電動(dòng)機(jī) 力傳感器

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）22-0171-02

義務(wù)教育階段的物理課程內(nèi)容設(shè)置與生活聯(lián)系緊密，充分體現(xiàn)了物理知識(shí)來(lái)源于生活，從生活走向物理。這一階段的學(xué)生擅長(zhǎng)形象思維，抽象能力有限，因此物理實(shí)驗(yàn)在義務(wù)教育階段扮演著重要的角色。另一方面，物理知識(shí)建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)傳遞物理知識(shí)才是最為有效的途徑。物理實(shí)驗(yàn)可以傳遞物理知識(shí)，但絕不是僅僅傳遞知識(shí)。物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中包含的對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)是我們不能忽略的，即問(wèn)題意識(shí)、探究合作的能力、分析問(wèn)題的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、處理數(shù)據(jù)的能力等。

滬科版物理教科書(shū)的編排符合物理的學(xué)習(xí)規(guī)律，介紹了許多物理探究實(shí)驗(yàn)。但是一些探究實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)或過(guò)程存在著不足之處。本文將以滬科版八年級(jí)物理教科書(shū)第六章第五節(jié)摩擦力為例，對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。

1.教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)安排

教科書(shū)按照以下的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行探究滑動(dòng)摩擦力大小的影響因素：

a.如圖1，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)木塊在較光滑的木板上勻速滑動(dòng)；

b.把圖1中較光滑的木板換成一較粗糙的木板，用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊在較粗糙的木板上勻速滑動(dòng)；

c.把圖1中較光滑的木板取走，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)木塊在桌面上勻速滑動(dòng)；

d.如圖2中在木塊上加一重物，用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉動(dòng)木塊在桌面上勻速滑動(dòng)；

把每次實(shí)驗(yàn)的條件和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)記錄在表格中。

教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)分別從接觸面的粗糙程度和物體與接觸面的壓力兩個(gè)因素去研究滑動(dòng)摩擦力大小的影響因素，而在猜想與假設(shè)時(shí)影響因素不止兩個(gè)，還有接觸面的大小、物體運(yùn)動(dòng)的速度、運(yùn)動(dòng)方向等。所以此實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程并不完善，不能把猜想的幾個(gè)因素都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求能夠勻速拉動(dòng)木塊，為了運(yùn)用二力平衡的知識(shí)把木塊受到的摩擦力用拉力來(lái)表示。但是，勻速拉動(dòng)的要求較高，不易達(dá)到。另外，此實(shí)驗(yàn)的滑動(dòng)摩擦力可能會(huì)較小，那么彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)也會(huì)較小，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，不易觀察。因此，教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在很大的不足，本文將在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以?xún)?yōu)化，以達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。

2.實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化措施及優(yōu)點(diǎn)

筆者就滬科版教材中此實(shí)驗(yàn)的不足提出幾點(diǎn)優(yōu)化措施。

優(yōu)化措施一：如圖3、圖5，為了能夠探究接觸面積大小對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響，在選擇木塊時(shí)應(yīng)選擇長(zhǎng)寬高均不同的長(zhǎng)方體，這樣物體會(huì)有三個(gè)表面積不同的接觸面積，只需轉(zhuǎn)動(dòng)一下木塊就能夠進(jìn)行探究。

優(yōu)化措施二：如圖4，實(shí)驗(yàn)器材增加一塊玻璃。玻璃表面比桌面更光滑，此實(shí)驗(yàn)一個(gè)比較重要的影響因素就是接觸面的粗糙程度，教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)僅用桌面和木板，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)偏少，因此增加一塊玻璃十分有必要，而且實(shí)驗(yàn)器材也十分容易獲取。

優(yōu)化措施三：教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)，由于滑動(dòng)摩擦力不大，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可能會(huì)較小，那么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將不明顯或者數(shù)據(jù)存在較大的誤差。因此，筆者試圖讓學(xué)生自己利用橡皮筋制作一簡(jiǎn)易彈簧測(cè)力計(jì)用于測(cè)量滑動(dòng)摩擦力。簡(jiǎn)易彈簧測(cè)力計(jì)的制作也十分簡(jiǎn)單，教科書(shū)中在本節(jié)最后的實(shí)踐與總結(jié)這一欄目中就給出了一實(shí)踐活動(dòng)，給出了簡(jiǎn)易彈簧測(cè)力計(jì)的制作方法。用橡皮筋去代替彈簧，優(yōu)點(diǎn)就是橡皮筋的勁度系數(shù)較小，能夠把較小的滑動(dòng)摩擦力測(cè)量出來(lái)。另外，此實(shí)驗(yàn)只是定性的探究滑動(dòng)摩擦力大小的影響因素，只需比較橡皮筋的伸長(zhǎng)程度即可比較滑動(dòng)摩擦力的大小。

優(yōu)化措施四：如圖3、圖4、圖5，用電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)木塊[2]。原實(shí)驗(yàn)是用手直接拉動(dòng)木塊，而實(shí)驗(yàn)又要求勻速拉動(dòng)，直接用手是很難做到的。用電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)，速度近似均勻，還可以通過(guò)改變電流的大小來(lái)改變拉動(dòng)的速度，就能進(jìn)一步探究速度大小對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。

優(yōu)化措施五：本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是測(cè)量不同情況下滑動(dòng)摩擦力的大小，而不管是彈簧測(cè)力計(jì)或自制測(cè)力計(jì)測(cè)量時(shí)可能示數(shù)不大，這樣會(huì)導(dǎo)致誤差較大，不利于測(cè)量。隨著科技的發(fā)展和國(guó)家對(duì)教育的投入，新一代的實(shí)驗(yàn)器材開(kāi)始進(jìn)入中學(xué)物理課堂，其中最為代表的就是傳感器。它能較為精確的測(cè)量一些物理量。我們可以利用傳感器和計(jì)算機(jī)對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。因此，筆者試圖用力學(xué)傳感器去測(cè)量本實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)摩擦力。按照下圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

筆者的優(yōu)化措施與滬科版教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)原理是相同的，不同的是不用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量力的大小。將力傳感器固定在木塊上面，用尼龍繩拉動(dòng)傳感器，木塊也隨之運(yùn)動(dòng)，力傳感器將受力情況輸入計(jì)算機(jī)，拉動(dòng)木塊時(shí)，保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。將接觸面換成木板、玻璃板等，并改變木塊與接觸面之間的壓力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，繪制出F-t的圖像，當(dāng)拉力基本保持不變時(shí)，摩擦力的大小就等于拉力，分析圖像得出結(jié)論。

3.探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)施建議

基于此實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化方案，教師在進(jìn)行本節(jié)教學(xué)時(shí)可以采用以下的實(shí)驗(yàn)方案：

探究活動(dòng)：探究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)？

提出問(wèn)題：滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)？

猜想與假設(shè)：學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行合理的猜想?？赡苡绊懟瑒?dòng)摩擦力的因素有：（1）接觸面的粗糙程度；（2）接觸面的大??；（3）物體運(yùn)動(dòng)的速度；（4）物體與接觸面間的壓力；（5）物體運(yùn)動(dòng)的方向。

制定計(jì)劃：由于實(shí)驗(yàn)中要比較滑動(dòng)摩擦力的大小，實(shí)驗(yàn)之前讓學(xué)生自制彈簧測(cè)力計(jì)。這也是教科書(shū)中的一個(gè)實(shí)踐活動(dòng)，我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，如果能夠用實(shí)踐活動(dòng)中的作品，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)?zāi)酥廖锢淼膶W(xué)習(xí)興趣，另外也可以對(duì)教科書(shū)中的實(shí)踐活動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)作用。將實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)用于我們的物理課堂，也能增強(qiáng)教師對(duì)實(shí)踐活動(dòng)這一欄目的認(rèn)識(shí)，有助于開(kāi)發(fā)教科書(shū)中的資源。

實(shí)驗(yàn)器材：長(zhǎng)寬高不同的木塊、自制測(cè)力計(jì)、細(xì)線、木板、玻璃板、三個(gè)質(zhì)量分別為10g、20g、50g的重物、桌子、電動(dòng)機(jī)、電源、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：采用控制變量法探究學(xué)生的幾個(gè)猜想。按照?qǐng)D2-1、圖2-2、圖2-3組裝實(shí)驗(yàn)器材。

（1）探究接觸面的粗糙程度對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。將木塊分別平放在木板、玻璃板、桌面上，閉合開(kāi)關(guān)拉動(dòng)木塊，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；

（2）探究物體與接觸面間的壓力對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。將木塊平放在玻璃板上，分別放上質(zhì)量不同的重物，閉合開(kāi)關(guān)拉動(dòng)木塊，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；

（3）探究接觸面的大小對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。將木塊分別平放在平放、側(cè)放、豎放在木板上，閉合開(kāi)關(guān)拉動(dòng)木塊，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；

（4）探究物體運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響。將木塊平放在玻璃板上，閉合開(kāi)關(guān)拉動(dòng)木塊，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使木塊以不同的速度運(yùn)動(dòng)，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；

（5）探究物體運(yùn)動(dòng)方向?qū)瑒?dòng)摩擦力的影響。將木塊平放在玻璃板上，閉合開(kāi)關(guān)拉動(dòng)木塊，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；將電動(dòng)機(jī)位置換至桌面的另一端，再次拉動(dòng)木塊，記下測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離；

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：把實(shí)驗(yàn)的條件和測(cè)力計(jì)標(biāo)記移動(dòng)的距離記錄在表格中。

分析與論證：通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出滑動(dòng)摩擦力的影響因素，小組間互相交流，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

4.對(duì)本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排建議

我們縱觀本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容安排，包括其他版本的教科書(shū)，本實(shí)驗(yàn)的原理都是二力平衡。但是像滬科版和滬粵版都是將探究滑動(dòng)摩擦力作為一節(jié)內(nèi)容安排在“力和機(jī)械”、“熟悉而陌生的力”這一章中，編者的目的應(yīng)該是想在這一章中介紹生活中的幾種力，畢竟這一章就是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)力。而摩擦力就是生活中常見(jiàn)的力，放在本章似乎是無(wú)可厚非。然而，摩擦力確實(shí)需要以探究實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行展開(kāi)，這樣二力平衡就繞不過(guò)去，畢竟我們不能直接測(cè)量出摩擦力，這個(gè)內(nèi)容在本章是沒(méi)有介紹的，學(xué)生沒(méi)有這個(gè)學(xué)前經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)是正常的，而教師也沒(méi)有更好的解釋。關(guān)于這一點(diǎn)，人教版的教科書(shū)安排的比較合理。既然本實(shí)驗(yàn)要用到二力平衡，那么就把它安排在二力平衡之后，像人教版那樣安排。幾個(gè)版本的教科書(shū)在這一章之后的內(nèi)容都是力和運(yùn)動(dòng)，二力平衡的內(nèi)容也在本章出現(xiàn)了，滑動(dòng)摩擦力既包含了運(yùn)動(dòng)又有力，安排在這一節(jié)再合適不過(guò)了。這樣，探究滑動(dòng)摩擦力的實(shí)驗(yàn)原理不言而喻了，學(xué)生不會(huì)再產(chǎn)生困惑。

5.結(jié)語(yǔ)

義務(wù)教育階段的物理課堂應(yīng)該是充滿生機(jī)的，不能只是知識(shí)的傳授。物理不能脫離實(shí)驗(yàn)而存在，當(dāng)然物理課堂也是。初中階段的學(xué)生更擅長(zhǎng)觀察現(xiàn)象，所以將物理知識(shí)寄于物理實(shí)驗(yàn)更有現(xiàn)實(shí)意義。初中階段的物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)該盡量操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，學(xué)生能夠很容易操作，很快得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在這一過(guò)程中不僅學(xué)到了知識(shí)，而且動(dòng)手能力、分析能力都能夠有很大的提升，有助于對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，優(yōu)化、開(kāi)發(fā)出更多的現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單的物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)是我們每個(gè)物理教師的必修課。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊小華.摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].物理通報(bào)，1999（04）：41-42.

[2]孫豐富，朱召友.“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].物理教師，2014（06）：36+38.

[3]章強(qiáng)，龐惠華.“摩擦力”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)[J].物理教師，2012（11）：39-40+42.

作者簡(jiǎn)介：

劉文彬（1991-），男，漢族，安徽淮北人，安徽師范大學(xué)物理學(xué)科教學(xué)碩士研究生，研究方向：初中物理演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化。