“問題串”在靜摩擦力教學設計中的應用

馬　劍

(江蘇省南京市第九中學，江蘇　南京　210018)

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“問題串”在靜摩擦力教學設計中的應用

馬劍

(江蘇省南京市第九中學，江蘇南京210018)

“靜摩擦力”是高中物理教學的重要內容，為了提高概念教學的有效性，體現學生學習物理知識的過程性，筆者通過情境設置引入靜摩擦力，通過演示實驗，設置問題串，使學生體會并理解相對運動趨勢、靜摩擦力方向和大小.

靜摩擦力；問題串；教學設計

“問題串”是指在一定的學習范圍或主題內，圍繞一定目標或某一中心問題，按照一定邏輯結構精心設計的一組問題，其主要特征為：(1) 使學生成為問題情境中的角色；(2) 教師圍繞課程內容，設計、安排問題串，鼓勵學生解決問題；(3) 教師創造一種學習環境，激發學生思考，不斷引導學生深入地理解和掌握知識.

在“靜摩擦力”的教學中，學生對于“靜摩擦力”有一定的知識儲備，但這些知識比較零散、不成體系，甚至有些是錯誤的，因此在新授課時教師需要對學生的已有知識進行梳理并作必要的補充.在知識點教學中，“相對靜止”、“相對運動趨勢”等既是重點又是學生理解的難點，為了解決教學過程中遇到的實際問題，本文嘗試采用“問題串”的形式進行課堂教學.

1　設置情境，引入課題

師：有一次我推車(如圖1)，用力推但是沒推動.在這個過程中，地面與汽車之間產生了什么力？

生：摩擦力.

師：是什么摩擦力？

生：靜摩擦力.

師：接著兩個人一起推(如圖2)，還是沒推動，靜摩擦力的大小怎么改變？

生：變大了.

師：生活中常見的電扶梯有“階梯式”和“斜面式”.當我隨著斜面式扶梯緩緩上升時(如圖3)，是否受到摩擦力的作用？如果有，是什么摩擦力？

圖3

生：有，靜摩擦力.

利用生活中的親身體驗，是理解概念的捷徑，通過情境設置，提出本節課的課題——靜摩擦力，激發了學生的學習興趣.

2　體驗靜摩擦力，明確相對靜止

師：在圖4所示的5幅圖片中選出與靜摩擦力相關的選項.

圖4

生：圖片1、3、5(并歸納靜摩擦力的特點).

在這一環節中學生通過生活中常見的摩擦現象，歸納得出產生靜摩擦力時，兩個物體相對靜止(在這里暫不對相對靜止進行詳細的討論).設計目的在于讓學生清楚靜摩擦力、滑動摩擦力是兩種不同類型的摩擦力，區別之一就是相互接觸的兩個物體間相對位置關系.

3　通過切身體驗，探究靜摩擦力的產生條件

師：水杯能靜止在空中(如圖4中圖片3)，是因為受到了豎直向上的靜摩擦力的作用.要在相對靜止的兩個物體間產生靜摩擦力，需要滿足什么條件？

生：用力握住水杯.

師：握住水杯是不是也可以這樣來表述：對接觸面施加壓力？還有沒有同學需要補充的？

如果學生一時沒有想到，教師可以做出提示：接觸面是粗糙還是光滑的？

“相對靜止的物體間存在相對運動趨勢”這個條件對于學生而言，只是知曉而沒有理解，所以可以直接給出靜摩擦力產生的條件.

4　體會相對運動趨勢

教師引導學生，首先用手托住書本(如圖5)，緊接著慢慢地反轉手掌.

圖5

師：感受到書本的相對運動趨勢沒有？

生：有沿著手掌向下的運動趨勢.

師：運動趨勢是不是可以這么理解：物體想動卻沒有動？

將生活中的具體事例抽象為物理模型，讓學生去判斷相對運動趨勢的方向.

例1：如圖6所示,物體在水平面上或斜面上靜止時,分析物體的運動趨勢.

圖6

這些物體相對運動趨勢的問題難度不大，可讓學生思考片刻再回答.此例題除了要讓學生進一步熟悉相對運動趨勢，還要能提出判斷相對運動趨勢的方法.

師：我們可以用什么方法來判斷物體的相對運動趨勢？

如學生覺得較為困難，教師不妨稍作提示給出方法——假設法.假設沒有摩擦力，物體的相對運動方向即為相對運動趨勢的方向.

5　靜摩擦力的方向

情境設置：用毛刷演示實驗.將毛刷放在左手上，接著用右手緩慢向右拉毛刷(如圖7).

圖7

師：請同學們仔細觀察，并做出相應的解釋.

生：可以看到刷毛彎曲了，因為受到了左手對刷毛施加的靜摩擦力作用.

在教學過程中，學生在回答這個問題時還是有一定的難度.如學生一時難以答出，可引導其思考以下問題.

師：刷毛下端與左手有沒有發生相對運動？

生：沒有.保持相對靜止.

師：刷毛下端在左手的帶動下向左彎曲了，是什么力造成的？力的方向朝哪邊？

生：刷毛受靜摩擦力作用，方向沿著接觸面向左.

師：刷毛相對于手的運動趨勢方向朝哪？

生：毛刷有相對于左手向右的運動趨勢.

刷毛對于左手的相對運動趨勢向右，刷毛受到的靜摩擦力的方向向左，它們的方向相反.大量的實驗表明：物體所受靜摩擦力的方向在接觸面內，和物體與接觸面間的相對運動趨勢方向相反.

例2：分析圖6的4種情景下物體所受靜摩擦力的方向.

通過例題，強化靜摩擦力的判斷過程，還可以穿插介紹利用二力平衡的原理判斷靜摩擦力的方法，并對兩種方法進行比較.

6　靜摩擦力的大小

師：研究靜摩擦力，實驗探究是一種非常好的方式.請同學們討論一下，可以設計什么樣的實驗裝置來研究？

生：用彈簧測力計拉木塊，根據二力平衡的原理測出靜摩擦力的大小.

教師對設計方案給予一定的肯定，并給學生介紹，通過實際操作對比，本節課用于演示的實驗裝置經過了改進(如圖8).

圖8

6.1熟悉實驗裝置

如圖9所示是本實驗的實物圖，圖中最下方是一個帶擋板的長木板，彈簧秤的一端固定在擋板上，另一端與木塊相連，木塊的下方是一個可移動的接觸面(在本實驗中，可移動的接觸面是紙條，彈簧秤可用力傳感器替代).

問題1：拉動紙條時，物塊相對接觸面的運動狀態會如何改變？

問題2：拉動紙條時，物塊會受到摩擦力的作用嗎？如果有，是什么摩擦力？

問題3：產生的靜摩擦力的大小與彈簧秤的讀數大小相等嗎？

6.2探究靜摩擦力大小的特點

探究1：在緩慢拉紙條時(保持物塊與紙條相對靜止)，觀察靜摩擦力的數值變化.

生：靜摩擦力的數值增加且有最大值.

師：如何直觀地反映數值的變化規律？

生：可以作出F-t圖像(如圖10)，靜摩擦力的大小關系為：0

圖10

探究2：影響大靜摩擦力大小的因素(根據課程標準，對于此問題不宜深入探究).

(1) 研究接觸面的粗糙程度與Fmax的關系.

(2) 研究正壓力大小與Fmax的關系.

7　首末呼應，完成教學

重新審視用于新課引入時的電扶梯問題，在討論中明確“相對靜止”的含義.相對靜止是相對接觸面是靜止的，相對地面可以是靜止的，也可以是運動的.

8　教學反思

總的來說這節課較好地完成了教學目標，邊教邊導、邊學邊練，首尾呼應.首先，貼近生活情境的引入能一下抓住學生的注意力，并激發起學生的興趣；其次用實驗描述概念的特征，語言、文字、圖像等信息的協同刺激有助于學生對知識的記憶和提取.再次，精心設計“問題串”，讓教學在互動中進行，學生的參與度較高，體驗感較為豐富.

[1] 程波.設計問題串構建高效課堂[J].中學化學教學參考，2010，(11).

[2] 曹嫚冬.多版教材中“摩擦力”內容的比較研究[J].物理之友，2015,31(5).

[3] 吳必龍.例談摩擦力的函數圖像[J].物理之友，2015,31(8).

[4] 周亞云,曲艷平.在體驗和創新中幸福地學習物理——以研究性學習《生活中的摩擦力》為例[J].物理之友，2015,31(9).