“靜摩擦力”課例分析

朱晨暉

曲靖市第二中學(xué)，云南 曲靖 655000

依據(jù)教材、學(xué)時(shí)的安排，本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容是摩擦力的第一個(gè)課時(shí)——“靜摩擦力”。

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)且與生活緊密相連的學(xué)科，因此在設(shè)計(jì)本節(jié)課時(shí)，結(jié)合學(xué)生在初中階段對(duì)摩擦力已有的初步知識(shí)，從學(xué)生的認(rèn)知心理出發(fā)，以生活實(shí)例、演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)等為載體，突出以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的理念。

對(duì)于摩擦力，學(xué)生有豐富的生活感知，但受經(jīng)驗(yàn)的影響，對(duì)摩擦力容易產(chǎn)生理解誤區(qū)，如多數(shù)學(xué)生認(rèn)為摩擦力一定是阻力，所以只有通過自己親身體驗(yàn)才能正確認(rèn)識(shí)摩擦力。從知識(shí)角度而言，通過初中學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步了解摩擦力，掌握彈簧秤的使用方法和二力平衡的知識(shí)，探究摩擦力大小的物理知識(shí)儲(chǔ)備已經(jīng)基本到位。在此基礎(chǔ)上，本文接下來展示幾個(gè)上課的片段及反思。

課堂引入：為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望和好奇心，正式上課之前通過表演一個(gè)小魔術(shù)引入。

一根橡皮筋和一個(gè)金屬環(huán)，橡皮筋穿過金屬環(huán)，兩只手一高一低捏住橡皮筋的兩端，學(xué)生可以觀察到金屬環(huán)沿著橡皮筋往上爬，此時(shí)提問其原因，并提出通過今天的學(xué)習(xí)能夠幫助我們解釋這個(gè)現(xiàn)象。由此順利地引入了主題。由于學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過摩擦力的定義，為了幫助學(xué)生回憶，在課件上將該定義設(shè)計(jì)成填空的形式，學(xué)生回答填空中的關(guān)鍵詞，即可達(dá)到回顧舊知識(shí)、為新知識(shí)的介入做好知識(shí)儲(chǔ)備的目的。

重難點(diǎn)突破一：靜摩擦力的產(chǎn)生條件。

筆者在此設(shè)計(jì)了“筷子提大米”實(shí)驗(yàn)，希望通過這一個(gè)實(shí)例能引導(dǎo)學(xué)生歸納出靜摩擦力產(chǎn)生的三個(gè)條件。

“筷子提大米”實(shí)驗(yàn)因?yàn)椴僮鞅容^困難，在課堂上應(yīng)用的相對(duì)較少，但該實(shí)驗(yàn)趣味性強(qiáng)，效果明顯。因此，筆者在課前反復(fù)實(shí)驗(yàn)。為了保證實(shí)驗(yàn)的成功率，我們將裝大米的容器由敞口的玻璃杯換成了口徑相對(duì)較小且質(zhì)量較輕的礦泉水瓶。改良后實(shí)驗(yàn)的成功率大大提升。

該教學(xué)片斷如下：

老師：這個(gè)透明礦泉水瓶里裝滿了大米，現(xiàn)在用手指透過瓶口按壓大米，然后插入一根竹筷，提起筷子，發(fā)現(xiàn)大米、瓶子隨著筷子被拎起來了。為什么呢？

學(xué)生：因?yàn)榭曜雍痛竺字g有靜摩擦力。

老師：現(xiàn)在換用一根不銹鋼筷子重新操作，為什么大米不能被拎起來？

學(xué)生：因?yàn)樘恕?/p>

老師：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們來歸納一下產(chǎn)生靜摩擦力需要滿足哪些條件？

（學(xué)生快速說出了條件之一：接觸面要粗糙。老師需要進(jìn)一步引導(dǎo)。）

老師：為什么插入筷子前一定要按壓大米，否則無法將瓶子及大米提起？

學(xué)生：按壓大米之后筷子和大米之間才能壓得更緊，所以必須要有壓力。

（老師繼續(xù)引導(dǎo)）

老師：為什么剛才拎起裝大米的瓶子后老師不敢走太遠(yuǎn)？

學(xué)生：因?yàn)榕滤鼈兊粝聛怼?/p>

老師：對(duì)，換句話說此時(shí)的瓶子及大米相對(duì)于筷子有_______________？

學(xué)生：有向下掉的趨勢(shì)。

至此，靜摩擦力產(chǎn)生的三個(gè)條件全部分析、歸納了出來。這個(gè)過程中，大部分學(xué)生很難一次歸納出三個(gè)條件，老師一定要有耐心，靈活應(yīng)對(duì)，逐級(jí)引導(dǎo)，相信學(xué)生。

重難點(diǎn)突破二：靜摩擦力方向的判定。

這個(gè)環(huán)節(jié)選用了經(jīng)典的毛刷演示，為了讓演示過程清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，筆者決定課前錄下實(shí)驗(yàn)視頻，課上播放。

老師：請(qǐng)大家注意觀看視頻中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，毛刷靜放在桌布上，輕輕用力向左推毛刷，欲動(dòng)未動(dòng)。大家觀察到了什么？請(qǐng)思考為什么與桌布接觸的毛刷底部沒有與毛刷一起向左動(dòng)？

學(xué)生：因?yàn)槊⒌撞渴艿较蛴业撵o摩擦力。

該環(huán)節(jié)最初設(shè)計(jì)的問題是“為什么毛刷底部向右彎曲？”課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生都很自然地答到：“因?yàn)槭艿綌D壓”。這樣的設(shè)問不能有效地引出靜摩擦力的方向，改進(jìn)后的設(shè)問效果好很多。

重難點(diǎn)突破三：靜摩擦力的大小。

關(guān)于靜摩擦力的大小，學(xué)生在初中階段只知道用二力平衡求解，高中階段對(duì)此有更高的要求。為此，筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一是探究靜摩擦力的變化規(guī)律；二是探究最大靜摩擦力與哪些因素有關(guān)？定性關(guān)系是什么？為了初步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的操作技能，但又防止其操作時(shí)的盲目拖沓，因此第一個(gè)實(shí)驗(yàn)由教師來演示，第二個(gè)實(shí)驗(yàn)則放手讓學(xué)生分小組操作。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別設(shè)計(jì)好表格記錄數(shù)據(jù)，橫向、縱向?qū)Ρ葦?shù)據(jù)，學(xué)生很容易得到結(jié)論。教師演示實(shí)驗(yàn)雖然是教師操作，但讀取彈簧秤示數(shù)環(huán)節(jié)由學(xué)生完成。為了方便學(xué)生讀取數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改良，圖1是原始實(shí)驗(yàn)示意圖，圖2是改進(jìn)后的裝置圖。改進(jìn)后，彈簧秤通過繩子拉動(dòng)木塊，繩子繞過定滑輪，這樣彈簧秤就能立起來，學(xué)生讀數(shù)更加方便。隨著拉力的增大，達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)可以很明顯地觀察到指針的回彈。

圖1 改進(jìn)前的實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)探究1：靜摩擦力大小的變化規(guī)律（教師演示實(shí)驗(yàn)）（表1）

表1 靜摩擦力變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

結(jié)論：

①縱向?qū)Ρ葦?shù)據(jù)得__________________；

②橫向?qū)Ρ葦?shù)據(jù)得_________________；

③持續(xù)增加拉力時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧秤指針____________________________。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生緊跟老師步伐，探究上一個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的最大靜摩擦力。因?yàn)橹羔樆貜?，如何記錄最大靜摩擦力的大小是個(gè)難點(diǎn)。為此，筆者特別錄了一段視頻，教學(xué)生如何記錄。數(shù)據(jù)在指針下方，緊挨著指針放一個(gè)紙片，彈簧秤就變成了“有記憶的儀器”，紙片會(huì)停留在最大刻度處，不隨指針回彈。

實(shí)驗(yàn)探究2：最大靜摩擦力大小與哪些因素有關(guān)？定性關(guān)系是什么？（學(xué)生探究）（表2）

表2 探究最大靜摩擦力影響因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

結(jié)論：

①對(duì)比第1組和第2組數(shù)據(jù)得fmax與__________________________；

②對(duì)比第1組和第3組數(shù)據(jù)得fmax與___________________________；

③對(duì)比第1組和第4組數(shù)據(jù)得fmax與___________________________。

從本節(jié)課的課堂實(shí)施效果來看，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，能夠通過實(shí)驗(yàn)歸納、總結(jié)出相關(guān)結(jié)論。換句話說，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了學(xué)生物理概念的構(gòu)建。

演示實(shí)驗(yàn)裝置改裝有利亦有弊，其優(yōu)點(diǎn)是有利于學(xué)生讀數(shù)，但定滑輪與繩子之間的摩擦無法避免，以致于達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)指針回彈可能存在困難。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)楣P者對(duì)上課學(xué)校學(xué)生情況的估測(cè)有偏差，得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論花的時(shí)間超出了預(yù)估時(shí)間。此外，板書不夠整潔、清晰，語言再精煉一些可以更好。

實(shí)際操作中，由于班級(jí)學(xué)生人數(shù)多，難免出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象，這就需要教師根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)引導(dǎo)，給學(xué)生充分的時(shí)間和空間，放手讓他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析、比較，切莫操之過急。