靜摩擦力的教學(xué)案例與評析

趙順法

（玉環(huán)縣玉城中學(xué) 浙江 臺州 317600）

1 設(shè)計思想

摩擦力是高中物理新課程（人教版）必修1第三章第三節(jié)的內(nèi)容；教科書編排先學(xué)習(xí)靜摩擦力，后學(xué)習(xí)滑動摩擦力.但由于靜摩擦力問題的復(fù)雜性，且在具體問題中又表現(xiàn)出“動中有靜，靜中有動”，尤其靜摩擦在許多情形下似乎又是“若有若無，方向不定”，對于初學(xué)者來說不易理解.本教學(xué)案例按“什么是靜摩擦力—靜摩擦力的產(chǎn)生條件—靜摩擦力的方向—靜摩擦力的大小”這一線索展開教學(xué)，通過情境設(shè)計支撐學(xué)生的建構(gòu)活動，并將教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，鼓勵學(xué)生在問題中思維；在情境中歸納；在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)；在活動中合作交流；實(shí)現(xiàn)學(xué)生對靜摩擦力概念的深層次理解和建構(gòu).

2 教學(xué)案例

2.1 引入課題——用毛巾提重物

教師提出一個挑戰(zhàn)性任務(wù)，展示桌上的一大堆書和一條毛巾，要求用一個手指把書都提起來，請學(xué)生上臺完成.

上臺的學(xué)生想用毛巾將書包起并打結(jié)后再用一個手指勾住上提，但是書多毛巾短，包起來后剩下的長度太短了，不夠打結(jié).嘗試幾次還是提不起來.

這時教師示范，用毛巾將書包起來后，把剩下的毛巾兩端緊靠在一起，并相互折疊，壓緊，用一個手指勾住上提并成功.接著提問：為什么提起書的時候毛巾兩端不會向兩邊分開？引出靜摩擦力并自然引入新課.

2.2 實(shí)驗(yàn)啟思——什么是靜摩擦力

創(chuàng)設(shè)下列情境，邊演示邊引發(fā)學(xué)生分析討論.

（1）將一滑塊放在水平木板上，處于靜止?fàn)顟B(tài).分析滑塊受力情況.

（2）將細(xì)線一端系在滑塊上，另一端通過定滑輪掛上鉤碼，在鉤碼的拉力作用下滑塊靜止.分析滑塊受力情況.

（3）分析圖1中幾個實(shí)例，判斷地面對箱子、手對直尺、斜面對物體是否存在靜摩擦力.

圖1

通過情境（2）引導(dǎo)學(xué)生分別用“二力平衡法”、“假設(shè)光滑法”、“阻礙相對運(yùn)動趨勢法”分析滑塊受到的靜摩擦力，加深學(xué)生對靜摩擦力方向特征的理解和判斷方法的掌握.接著展現(xiàn)情境（3）請學(xué)生分析各種不同情形下靜摩擦力的方向，并從以上的實(shí)例中概括出靜摩擦力的定義.

2.3 分析歸納——靜摩擦力的產(chǎn)生條件

通過觀看傳送帶將行李從地面向飛機(jī)上運(yùn)送的視頻，啟發(fā)學(xué)生領(lǐng)悟靜摩擦力中“靜”的含義.再結(jié)合前面實(shí)例，從中分析歸納兩物體間存在靜摩擦力的幾個必要條件，并用四個字概括靜摩擦力產(chǎn)生的重要特征——應(yīng)“勢”而生.

2.4 體驗(yàn)概括——靜摩擦力的方向

教師提出問題：靜摩擦力的方向有什么特點(diǎn)？

讓學(xué)生通過牙刷實(shí)驗(yàn)來感受和體驗(yàn)靜摩擦力的方向.學(xué)生聽教師指令步調(diào)一致操作并思考.

（1）右手握牙刷并放到木板上（刷毛朝下），用力向左推牙刷并與木板保持相對靜止.此時牙刷相對木板的運(yùn)動趨勢朝哪邊？與桌面接觸的刷毛向哪邊彎曲？說明刷毛受到桌面的靜摩擦力朝什么方向？

（2）把刷毛朝上用左手固定，將右手食指放在刷毛上，向左推并與刷毛相對靜止.手指相對刷毛的運(yùn)動趨勢朝哪邊？手指受到刷毛的靜摩擦力方向朝哪邊？這兩個方向有何關(guān)系？

通過體驗(yàn)讓學(xué)生概括出物體受到靜摩擦力的方向跟相對接觸面運(yùn)動趨勢的方向相反.接著請學(xué)生畫出圖1中各物體受靜摩擦力的方向，并也用四個字來概括靜摩擦力的方向特征——逆“勢”而為.

2.5 合作探究——靜摩擦力的大小

教師提出：靜摩擦力的大小如何確定？

現(xiàn)回到2.2的實(shí)例2，邊演示邊引導(dǎo)學(xué)生思考下列問題.

（1）若鉤碼的重力為0.5N，地面給滑塊的靜摩擦力多大？

（2）如果繼續(xù)增加一個鉤碼，發(fā)現(xiàn)滑塊仍靜止在木板上，這時木板對滑塊的靜摩擦力變了嗎？

（3）再增加一定的鉤碼，發(fā)現(xiàn)滑塊相對木板運(yùn)動了，這說明了什么？

通過對情境（1）、（2）的演示和分析，得出接觸面粗糙程度和接觸面壓力均不變時，地面對滑塊的靜摩擦力是可以變化的，并請學(xué)生也用四個字概括靜摩擦力大小的這種特點(diǎn)——隨“勢”而變.通過對情境（3）的演示和分析，得出木板對滑塊的靜摩擦力大小是有限度的，即存在最大靜摩擦力，物體與接觸面的靜摩擦力應(yīng)該在零和最大值之間取值.

教師繼續(xù)提出下列問題：

（4）如何測出木板對滑塊最大靜摩擦力的大小？

（5）彈簧測力計讀數(shù)等于最大靜摩擦力是一瞬時，來不及讀數(shù)，怎么保留這一瞬間指針的位置？

學(xué)生討論（4）后，提出可以用測力計代替鉤碼拉滑塊，當(dāng)拉力逐漸增大到等于最大靜摩擦力時，滑塊剛好被拉動.讀出滑塊剛開始滑動時測力計的讀數(shù)，就等于最大靜摩擦力的大小.討論（5）后，提出在測力計指針前面放一張小紙片，當(dāng)拉力增大時，指針推動小紙片前進(jìn)；拉力減小時，指針后退小紙片不后退，這樣小紙片就停留在最大讀數(shù)位置不動，記住這一位置.接著提供實(shí)驗(yàn)器材，請各小組分工合作，根據(jù)上述設(shè)計思想完成下列探究：

（1）測出滑塊與桌面間的最大靜摩擦力大小，并記錄在表格中；

（2）探究在保持粗糙程度不變，接觸面壓力改變時最大靜摩擦力如何變化；

（3）探究在保持壓力不變，改變接觸面粗糙程度時最大靜摩擦力如何變化.

學(xué)生合作探究，討論交流，匯報結(jié)論.進(jìn)一步歸納出最大靜摩擦力大小的決定因素.

2.6 趣味比賽——直尺拔河

請同組學(xué)生利用桌上的一把直尺，作拔河比賽，比賽時雙方將食指與中指伸直后夾住直尺，其余三個手指并攏.在比賽過程中雙方只能向后用力拉直尺，手不能向前移動.直尺最后在誰的手上，誰就是勝利者.之后請學(xué)生利用本節(jié)所學(xué)知識思考取勝或失利的原因.

2.7 概念辨析——深化理解

請學(xué)生辨析下列說法的正誤.

（1）受靜摩擦力作用的物體一定靜止；

（2）靜摩擦力是阻力，不可以是動力；

（3）一個小孩推箱子而沒有推動，是因?yàn)樗耐屏π∮陟o摩擦力；

（4）手握尺子，手握得越緊，靜摩擦力就越大.

2.8 問題分析——學(xué)以致用

將磁性黑板擦靜放在黑板上：

（1）它為什么不掉下？

（2）磁性黑板擦重力G為1N，磁力F1為3N，求摩擦力F多大？

（3）若磁力F2為5N，則摩擦力F更大、更小還是一樣？

小結(jié)及課后作業(yè)略，板書設(shè)計如圖2.

圖2 板書設(shè)計

3 案例評析

本節(jié)課以靜摩擦力概念的幾個維度為主線展開教學(xué).課堂中通過“用不打結(jié)的毛巾提重物實(shí)驗(yàn)”引入靜摩擦力課題，學(xué)生在驚奇中思維由松弛變?yōu)榫o張，求知欲被點(diǎn)燃；通過情境創(chuàng)設(shè)、問題思維、實(shí)驗(yàn)探究、合作學(xué)習(xí)等手段有效地突破了教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并且藝術(shù)地概括出了其本質(zhì)特征即靜摩擦力的產(chǎn)生——“應(yīng)勢而生”，靜摩擦力的方向——“逆勢而為”，靜摩擦力的大小——“隨勢而變”，使抽象、復(fù)雜的概念變得簡潔、生動而容易把握.通過“趣味比賽”、“概念辨析”、“問題分析”等環(huán)節(jié)，不但鞏固加深了學(xué)生對靜摩擦力概念的理解和應(yīng)用，同時激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用物理知識分析、解釋生活現(xiàn)象和實(shí)際問題的能力.在上述八個教學(xué)環(huán)節(jié)中不斷引發(fā)學(xué)生問題思考、分析歸納、體驗(yàn)探究、討論交流，使得整個課堂呈現(xiàn)出動靜有序、積極參與、學(xué)情高漲的學(xué)習(xí)氛圍.