傳感器在中學物理教學中的應用

焦素英

【摘要】 ?中學物理教學中，傳感器的應用越來越廣泛。使用傳感器進行定量的實驗探究，是的結論更精確，充分體現科學探究的嚴謹。本文以《靜摩擦力》教學為例，探究了靜摩擦力的特點以及最大靜摩擦力的影響因素。

【關鍵詞】 ?傳感器 物理教學 靜摩擦力

【中圖分類號】 ?G633.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】 ?A 【文章編號】 ?1992-7711（2019）07-095-01

隨著時代的發展和人類的進步，現代科學技術也迅猛發展，信息技術應用于教育領域的形式和手段也在不斷地更新，所以，當人類的五官感知周圍事物的準確度和范圍受到局限時，應用現代科學儀器則可以得到延伸。傳感器就是其中一種。在物理教學中，應用傳感器進行定量實驗，利用其強大的數據處理功能，讓學生在課堂上體驗科學探究的過程，從而實現科學能力和科學素養的培養。本文以《靜摩擦力》一節為例，談談傳感器如何應用于高中物理教學。

一、教學過程

1. 引入部分

教師演示兩本書簡單交疊，容易拉開。將兩本書一頁一頁的進行交疊，再請兩位同學上臺進行拔河比賽。教師展示《加油向未來》中兩輛大卡車拉書的視頻。

2. 教學過程：

教師活動1：

分析書本上面某一頁的受力情況。以剛剛書本為例來研究，板書書本簡化圖，以上面一頁為研究的模型進行分析。引導學生分析出靜摩擦力產生的條件。

教師強調相對運動的趨勢，以書本為例，分析最上面一頁的相對運動趨勢，是由于向左的拉力使其有相對向左運動的拉力。引導學生從生活情境中構建出物理模型，去思考并發現問題，增強實踐意識，培育物理素養。

教師活動2：

提問，什么是相對運動趨勢呢？教師演示毛刷的運動。

毛刷靜止時，毛處于豎直方向，當有水平外力推動毛刷并保持毛刷最下面與模板保持相對靜止時，觀察毛刷上毛的形變。學生觀察毛刷在外力作用下毛刷的毛發生了彎曲，思考彎曲的原因。得到靜摩擦力的方向是與相對運動趨勢的方向相反。

我們關注一個力，要關注它的三要素，那靜摩擦力的大小我們如何計算呢？給學生提供幾組器材：材料1是磨砂面、材料2是木板面、材料3是毛巾面。小木塊、砝碼。布置任務，進行小組實驗，我們將小木板放在水平桌面上，一位同學利用彈簧測力計平行于木板緩慢拉動小木塊，但要保持木塊與木板相對靜止。

學生活動1：

學生開始分組實驗，按照各組領到的器材分別進行探究。根據實驗結果，學生進行展示。得到結論：1、隨著拉力的變化而變化2、有最大值

教師活動3：

剛剛同學門定性地進行了靜摩擦力大小的探究，今天我們用比較科學的一起進行定量的探究，看看和同學們的結論是否一樣。

介紹實驗儀器：力學傳感器。

小滑塊左側受到繩子的拉力，小車上有磨砂面的木板，有運動向右運動的趨勢時，滑塊受到向右的摩擦力，根據二力平衡原理，左側繩子上的拉力等于滑塊的靜摩擦力。

滑塊的左側通過繩子鏈接的是一個力學傳感器，可以將拉鉤上受到的拉力通過敏感元件直接轉化成電學信號，然后通過電腦采集數據，可以用數字或圖像把所受到的力顯示出來。右側鏈接的是一個小桶，通過漏斗往桶里面加水（可以保證水是均勻增加的），這樣可以保證滑塊受到的摩擦力是均勻增加的，然后觀察電腦顯示屏上的圖像。

教師活動4：

圖像的縱坐標顯示的是靜摩擦力，橫坐標顯示的是拉力的大小。逐漸均勻增加小桶中水的重力，即逐漸增加繩子的拉力，得到了如圖所示的圖像，由圖像可知，靜摩擦力的大小隨著拉力的增加而不斷增大，且有一個最大值。與同學們的結論相符。

教師活動5：我們發現靜摩擦力有一個最大值，這個最大值我們叫最大靜摩擦力。最大靜摩擦力有什么因素有關呢？

學生分組實驗，使用同一種接觸材料，逐漸增加砝碼的個數，觀察彈簧測力計的最大示數有什么變化。學生通過實驗，比較容易得到最大靜摩擦力的大小與正壓力有關，正壓力越大，最大靜摩擦力越大。那具體成什么關系呢？我們再次使用里的傳感器進行實驗，本次上學生操作，得到了如圖所示的實驗結論，最大靜摩擦力的大小與正壓力成正比。

課堂練習，鞏固靜摩擦力的產生條件、方向以及最大靜摩擦力的影響因素。展示生活中的靜摩擦力，分析拔河比賽中的摩擦力，并能分析在實際的比賽中如何取勝。

課堂小結：

總結本節課的知識，并根據學生在本節課的表現進行適當的點評。

二、對本節課的思考

從內容上看，本節內容是《摩擦力》這一節的第一課時，容量適中。結合高中物理《課標》對該知識點的要求，“通過實驗認識滑動摩擦、靜摩擦的規律，能用動摩擦因數計算摩擦力”。其中，對靜摩擦力規律的認識應該包括最大靜摩擦力。

這節課中教學實施是，從簡單的生活情境構建出物理模型來，先采用學生小組的分組實驗，從感官上定性地得到靜摩擦力的特點以及最大靜摩擦力的影響因素。然后借助于力學傳感器，將定性的小組分析和定量的儀器分析結合起來，增強了學生實驗探究的科學性。這樣可以讓學生能運用正確的科學思維方法從定性到定量兩個方面進行科學推理、找出規律，形成結論。同時，借助小組合作探究，培養學生處理問題的能力，歸納總結的能力、語言表達能力及知識遷移的能力等。

隨著我國教育課程改革的發展，教育資源也不斷豐富，傳感器技術應用于中學物理教學是一次教學手段的革新，是教育技術的進步。在實際的物理教學過程中，我們既要提倡傳感器應用于課堂教學，又不能偏廢傳統實驗原理、實驗手段和實驗方法的學習。而應該從教學實驗內容實際出發，將兩者有機地結合起來，共存互補，才能充分發揮各自的優勢。

[ 參 ?考 ?文 ?獻 ]

[1]湯躍明.感器技術在中學物理實驗教學中的應用[J].中國電化教育，2006（11）.

[2]田海霞.傳感器在物理教學中的應用案例研究[J].中國現代教育裝備，2011（7）.

[3]余雪妹.傳感器在高中物理新課程實驗教學中的應用與思考[J].物理教學探討.2011（2）