對靜摩擦力教學的幾點創新嘗試

溫見明

(江西省贛縣中學 江西 贛州 341100)

1 對靜摩擦力大小教學的創新探究

讓學生體驗實驗:用細線水平拉滑塊，在水平細線拉力作用下滑塊有向右滑動的趨勢，但沒有滑動;然后逐漸增大水平拉力，直到滑塊滑動.

設問1:靜摩擦力如何變化？

設問2：靜摩擦力能不能無限制地增大？

對于以上問題，學生不難得出結論，但是這一限度即最大靜摩擦力是多少，有什么規律，由于無法定量觀察，學生對教學內容的理解有一定的困難.

雖然可用彈簧測力計來研究，即在彈簧測力計上放一紅色紙條以顯示最大靜摩擦力的大小在彈簧測力計上的讀數位置，但無法記錄靜摩擦力大小變化的整個過程.因此，如果用力傳感器來研究，就可形象、直觀地顯示出來，實驗裝置如圖1所示.

圖1

對木板施加拉力，并逐漸增大，直到可以抽動木板.這一過程中木塊受到的拉力通過Dislab系統由計算機處理后得到如圖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？

引導學生由圖2得到如下信息：滑動前，靜摩擦力隨外力的增大而增大，但有一個限度，即最大靜摩擦力的存在；拉動以后，摩擦力變小了，即變成了滑動摩擦力；最大靜摩擦力略比滑動摩擦力大.

圖2 Ff-t圖

顯然，與傳統教學相比,該教學設計有很大的優點，可將這一過程形象、直觀地全部展現在學生面前.

2 對“相對運動趨勢”的方向教學的創新探究

相對運動趨勢的教學很抽象，學生初學覺得難度大.教學中，大多數教師都是采用傳統的演示實驗并輔以講授的方式，學生理解有一定困難.

筆者設計如下問題與實驗讓學生體驗與理解.

設問:怎樣是“有相對運動趨勢”？怎樣判斷“相對運動趨勢的方向”？

首先讓學生通過拉桌面上的木塊以體驗相對運動趨勢，隨后讓學生回答相對運動趨勢的方向如何,是否觀察到了相對運動趨勢.學生往往較難回答后一個問題.

此時教師可以這樣引導學生：當需要判斷某一接觸面是否具有相對運動趨勢時，在保持所有條件都不變的情況下，假設這個接觸面變為光滑；如果仍然能保持接觸面的相對靜止，則原來靜止時就沒有相對運動趨勢；如果變為光滑后，兩接觸面相對滑動起來，說明原來靜止時具有相對運動的趨勢，之所以沒有相對運動，是因為被靜摩擦力給“卡”住了，也就是說，原來存在著靜摩擦力.

假設接觸面光滑,木塊運動方向是原來靜止時運動趨勢方向，靜摩擦力方向跟這個方向相反.

接下來設計如下問題和實驗來體驗和觀察相對運動趨勢.

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，現對B 施加一水平拉力F，此時 A，B都處于靜止狀態，請判斷A，B之間，B與桌面之間有無靜摩擦力的作用.如果有，方向如何.

圖3

學生對這個問題雖然有所理解，但無法直觀表現出來.那么如何直觀呈現出A與B間，B與桌面間是否有相對運動趨勢？

筆者讓學生用實驗來探究這個問題.

器材：兩本書和兩支鉛筆.

過程：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是否會滑動，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，滑動方向如何.

結論：如圖4輕輕拉書B，上面的A是不會滑動的，說明A相對B沒有相對運動趨勢.而如圖5拉B，則B會相對桌面滑動.說明圖3中用力F拉B，B有相對桌面向右運動的趨勢.

通過這一體驗實驗，學生明白了什么是相對運動趨勢，且知道了如何判斷相對運動趨勢的方向.

圖4 圖5

3 對人走路時靜摩擦力大小和方向變化的創新探究

人走路是天天必做的事情，也是學完靜摩擦力教師必講的問題;但很少有人思考走路過程中靜摩擦力大小和方向的變化規律，尤其學生剛學完靜摩擦力，對這一問題非常感興趣，但又不知如何研究.

筆者設計了如圖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.讓一個學生輕輕走上木板并離開木板時，傳感器通過計算機處理后顯示的Ff-t圖像即可反映地面對人的靜摩擦力在這一過程的變化情況，如圖7所示.

圖6

圖7

思考與討論：從圖像中你有哪些發現？

學生活動：思考圖像反映的物理信息.

結論：可反映靜摩擦力的方向不同以及大小變化情況.

設問：圖像所圍的面積表示什么物理量？當然這一問題學生暫時回答不了，因為所圍的面積表示摩擦力的沖量，但這為后面學習沖量埋下了伏筆，也為學生用圖像理解沖量提供了事實依據.

通過傳感器和計算機的處理，圖像形象直觀地把人走路這一過程中摩擦力大小和方向變化的規律一覽無余地展現出來.

通過對以上兩問題的探究，及對人走路時靜摩擦力大小和方向變化應用的探究，學生對靜摩擦力的理解比較充分，把教學中的兩個難點充分化解了.