對(duì)靜摩擦力教學(xué)的幾點(diǎn)創(chuàng)新嘗試

溫見明

(江西省贛縣中學(xué) 江西 贛州 341100)

1 對(duì)靜摩擦力大小教學(xué)的創(chuàng)新探究

讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn):用細(xì)線水平拉滑塊，在水平細(xì)線拉力作用下滑塊有向右滑動(dòng)的趨勢(shì)，但沒(méi)有滑動(dòng);然后逐漸增大水平拉力，直到滑塊滑動(dòng).

設(shè)問(wèn)1:靜摩擦力如何變化？

設(shè)問(wèn)2：靜摩擦力能不能無(wú)限制地增大？

對(duì)于以上問(wèn)題，學(xué)生不難得出結(jié)論，但是這一限度即最大靜摩擦力是多少，有什么規(guī)律，由于無(wú)法定量觀察，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解有一定的困難.

雖然可用彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)研究，即在彈簧測(cè)力計(jì)上放一紅色紙條以顯示最大靜摩擦力的大小在彈簧測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)位置，但無(wú)法記錄靜摩擦力大小變化的整個(gè)過(guò)程.因此，如果用力傳感器來(lái)研究，就可形象、直觀地顯示出來(lái)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1

對(duì)木板施加拉力，并逐漸增大，直到可以抽動(dòng)木板.這一過(guò)程中木塊受到的拉力通過(guò)Dislab系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)處理后得到如圖2所示的Ff-t圖像.

思考與討論：從圖像你能獲取哪些物理信息？

引導(dǎo)學(xué)生由圖2得到如下信息：滑動(dòng)前，靜摩擦力隨外力的增大而增大，但有一個(gè)限度，即最大靜摩擦力的存在；拉動(dòng)以后，摩擦力變小了，即變成了滑動(dòng)摩擦力；最大靜摩擦力略比滑動(dòng)摩擦力大.

圖2 Ff-t圖

顯然，與傳統(tǒng)教學(xué)相比,該教學(xué)設(shè)計(jì)有很大的優(yōu)點(diǎn)，可將這一過(guò)程形象、直觀地全部展現(xiàn)在學(xué)生面前.

2 對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的方向教學(xué)的創(chuàng)新探究

相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的教學(xué)很抽象，學(xué)生初學(xué)覺得難度大.教學(xué)中，大多數(shù)教師都是采用傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)并輔以講授的方式，學(xué)生理解有一定困難.

筆者設(shè)計(jì)如下問(wèn)題與實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)與理解.

設(shè)問(wèn):怎樣是“有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”？怎樣判斷“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向”？

首先讓學(xué)生通過(guò)拉桌面上的木塊以體驗(yàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，隨后讓學(xué)生回答相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向如何,是否觀察到了相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).學(xué)生往往較難回答后一個(gè)問(wèn)題.

此時(shí)教師可以這樣引導(dǎo)學(xué)生：當(dāng)需要判斷某一接觸面是否具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在保持所有條件都不變的情況下，假設(shè)這個(gè)接觸面變?yōu)楣饣蝗绻匀荒鼙３纸佑|面的相對(duì)靜止，則原來(lái)靜止時(shí)就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；如果變?yōu)楣饣?，兩接觸面相對(duì)滑動(dòng)起來(lái)，說(shuō)明原來(lái)靜止時(shí)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，之所以沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)楸混o摩擦力給“卡”住了，也就是說(shuō)，原來(lái)存在著靜摩擦力.

假設(shè)接觸面光滑,木塊運(yùn)動(dòng)方向是原來(lái)靜止時(shí)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向，靜摩擦力方向跟這個(gè)方向相反.

接下來(lái)設(shè)計(jì)如下問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)來(lái)體驗(yàn)和觀察相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

思考與討論:如圖3所示，物塊A，B疊在一起放在水平桌面上，現(xiàn)對(duì)B 施加一水平拉力F，此時(shí) A，B都處于靜止?fàn)顟B(tài)，請(qǐng)判斷A，B之間，B與桌面之間有無(wú)靜摩擦力的作用.如果有，方向如何.

圖3

學(xué)生對(duì)這個(gè)問(wèn)題雖然有所理解，但無(wú)法直觀表現(xiàn)出來(lái).那么如何直觀呈現(xiàn)出A與B間，B與桌面間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)？

筆者讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題.

器材：兩本書和兩支鉛筆.

過(guò)程：把兩本書疊在一起，放在水平桌面上，紙帶夾在下面這本書中.先把兩支鉛筆放在書A，B之間以減小摩擦，輕輕拉B，看A是否會(huì)滑動(dòng)，如圖4；然后把兩支鉛筆放在B與桌面之間，同樣輕輕拉B，如圖5，看B是否滑動(dòng)，滑動(dòng)方向如何.

結(jié)論：如圖4輕輕拉書B，上面的A是不會(huì)滑動(dòng)的，說(shuō)明A相對(duì)B沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).而如圖5拉B，則B會(huì)相對(duì)桌面滑動(dòng).說(shuō)明圖3中用力F拉B，B有相對(duì)桌面向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì).

通過(guò)這一體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生明白了什么是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，且知道了如何判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向.

圖4 圖5

3 對(duì)人走路時(shí)靜摩擦力大小和方向變化的創(chuàng)新探究

人走路是天天必做的事情，也是學(xué)完靜摩擦力教師必講的問(wèn)題;但很少有人思考走路過(guò)程中靜摩擦力大小和方向的變化規(guī)律，尤其學(xué)生剛學(xué)完靜摩擦力，對(duì)這一問(wèn)題非常感興趣，但又不知如何研究.

筆者設(shè)計(jì)了如圖6所示的裝置.傳感器的一端固定在上面木板上，另一端固定在下面的木板上.讓一個(gè)學(xué)生輕輕走上木板并離開木板時(shí)，傳感器通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后顯示的Ff-t圖像即可反映地面對(duì)人的靜摩擦力在這一過(guò)程的變化情況，如圖7所示.

圖6

圖7

思考與討論：從圖像中你有哪些發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生活動(dòng)：思考圖像反映的物理信息.

結(jié)論：可反映靜摩擦力的方向不同以及大小變化情況.

設(shè)問(wèn)：圖像所圍的面積表示什么物理量？當(dāng)然這一問(wèn)題學(xué)生暫時(shí)回答不了，因?yàn)樗鶉拿娣e表示摩擦力的沖量，但這為后面學(xué)習(xí)沖量埋下了伏筆，也為學(xué)生用圖像理解沖量提供了事實(shí)依據(jù).

通過(guò)傳感器和計(jì)算機(jī)的處理，圖像形象直觀地把人走路這一過(guò)程中摩擦力大小和方向變化的規(guī)律一覽無(wú)余地展現(xiàn)出來(lái).

通過(guò)對(duì)以上兩問(wèn)題的探究，及對(duì)人走路時(shí)靜摩擦力大小和方向變化應(yīng)用的探究，學(xué)生對(duì)靜摩擦力的理解比較充分，把教學(xué)中的兩個(gè)難點(diǎn)充分化解了.