靜摩擦力的高端備課

董友軍

靜摩擦力，是現實生活中最常見的力，也是高考試題中最常考的知識內容。運用實驗探究靜摩擦力的規律，是物理教學的基本思路，也是物理研究的常用方法。對靜摩擦力進行高端備課，有助于教師在教學上有所啟發，為學生在理解概念提供幫助。

一、教材分析

人民教育出版社2010年4月第3版物理1必修第三章第3節為摩擦力，是該章教學重點，也是該章教學難點。人教版教師用書把該節內容課時設置為3節，靜摩擦力的課時應該為其中1節。教材首先給出摩擦力的定義：兩個相互接觸的物體，當它們發生相對運動或具有相對運動的趨勢時，就會在接觸面上產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力。再用圖1小孩推箱子圖片，引導學生去體驗，箱子沒有推動，箱子與地面仍然保持相對靜止，但箱子有相對地面運動的趨勢，得出靜摩擦力的概念：由于這時兩個物體之間只有相對運動的趨勢，而沒有相對運動，所以這時的摩擦力叫做靜摩擦力。隨后直接給出靜摩擦力的方向：靜摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體相對運動趨勢的方向相反。接著用二力平衡的知識，分析相對于地面靜止的物體受到的靜摩擦力隨推力的增大而增大，并與推力的大小保持相等。接著觀察演示實驗，如圖2所示，用彈簧測力計拉木塊，拉力逐漸增大，木塊一直保持靜止，當拉力大于某個值時，木塊開始運動，認真觀察會發現拉力突然變小，從而得到最大靜摩擦力Fmax的概念，進而得出靜摩擦力的范圍0﹤F≤Fmax。最后說一說，介紹日常生活和生產中的利用靜摩擦力的實例，如圖3。

通過以上分析，發現如下四個問題：1. 初中人教版教材沒有就“摩擦”“相對運動的趨勢”“靜摩擦力”這三個概念作出解釋，而高中必修1課中直接給出這三個概念，造成學生出現認知困難。2. 研究一個力，應該知道這個力的三要素，但教材只分析了靜摩擦力的方向和大小，并沒有指出靜摩擦力的作用點。3. 分析靜摩擦力的大小時，沒有指出使用的方法——平衡法，不利于培養學生的遷移能力。4.說一說中，只列舉了靜摩擦力有利的一面，沒有列舉有弊的一面，缺乏辯證思維。

二、高端備課

由于教材存在上述問題，筆者從高端備課的視角，優化教學流程，突顯科學方法，重視實驗探究，關注知識應用，提倡動手制作，對“靜摩擦力”進行符合物理教學規律、適合學生認知規律、適應高考試題特點、強化學生動手能力的構建，其教學流程如圖4所示。

高端備課的教學流程更加注重教學邏輯的嚴謹性，認知規律的梯度性，有助于學生理解靜摩擦力的規律，提升學生應用靜摩擦力的能力。根據教學流程圖，實施以下教學環節。

1. 用比較法理解摩擦的概念。教師首先用圖片展示三種現象，如圖5所示。第一張圖片，物體B對物體A有壓力，物體B相對于物體A有相對運動。第2張圖片，物體B對物體A有壓力，B相對于A無相對運動。第3張圖片，物體B對物體A有壓力，物體B相對于物體A無相對運動。第2張圖片與第3張圖片的物體B都處于靜止狀態，但是，若物體A的上表面光滑，則第2個圖的物體B還是靜止，而第3張圖片的物體B就會沿物體A斜向下滑動。在物理學中，把第3張圖片中的物體B的狀態稱為有相對運動趨勢的狀態。假設物體A的上表面光滑， 物體B沿物體A斜向下滑動的方向稱為相對運動趨勢的方向；把有相對運動和有相對運動趨勢的狀態統稱為摩擦。通過這樣的對比觀察，學生弄清了相對運動趨勢的方向，消除了頭腦中對摩擦的狹義理解，為理解靜摩擦力的概念、判斷靜摩擦力的方向理順了思維通道，起到了分解教學難點，降低教學難度的作用。

2. 體驗法感知靜摩擦力的存在。要求全班學生輕推自己的課桌，雖然手對課桌有推力，但課桌保持靜止，讓學生感受靜摩擦力的存在。設置課堂“隨手實驗”，學生容易參與，體驗真切，使課堂充滿活力，讓物理知識從書本走向生活。學生有了自身的體驗，再去分析靜摩擦力，感受就會更深刻，理解就會更容易，符合認知規律。

3. 觀察法找到靜摩擦力的作用點。靜摩擦力為接觸力，沒有接觸就沒有靜摩擦力。通過體驗手推課桌，理解靜摩擦力的作用點產生在課桌和地面的接觸部分。作用點雖然容易理解，但教材沒有指出作用點的位置，導致靜摩擦力知識體系缺乏完整性。任何一個力都有三要素，包括力的作用點、方向、大小，三個要素缺一不可，沒有主次之分，研究力時都應該說清楚，切不可因為簡單而不提及。

4. 平衡法得到靜摩擦力的方向和大小。課桌在水平面上受到手的推力和地面對課桌的靜摩擦力而保持靜止，在水平面上處于平衡狀態，根據二力平衡的規律，這兩個力必須大小相等、方向相反，故可知靜摩擦力的方向與推力的方向相反，即與相對運動趨勢的方向相反，靜摩擦力的大小等于推力的大小。平衡法是解決物理問題的常用方法，教師指出使用的方法，便于學生運用。

5. 實驗探究：通過實驗探究，發現存在最大靜摩擦力，只有拉力大于最大靜摩擦力時，物體才開始滑動，開始運動瞬間，拉力會突然減小，即有滑動摩擦力略小于最大靜摩擦力。利用控制變量法，在圖2的木塊上加砝碼，即只增大壓力，而保持接觸面的粗糙程度不變，會發現最大靜摩擦力隨壓力增大而增大。實驗探究是研究物理的重要手段，也是學習物理過程中，必須養成的核心素養。

6. 辯證思維：靜摩擦力本身沒有好壞之分，但在生產和生活中，靜摩擦力有時對人們有幫助，有時對人們有危害。教師在列舉實例時，既要舉出利用靜摩擦力的實例，也要舉出防止靜摩擦力危害的實例。讓學生明白，任何事物都有兩面性，只有優點而沒有缺點的事物是不存在的。

7. 動手制作：提供一根筷子，一個紙杯、一杯大米，要求學生用筷子把紙杯提起來。引導學生用學過的靜摩擦力知識加以解釋：筷子對與其接觸的米粒有向上的靜摩擦力，所以接觸筷子的米粒沒有滑下去；沒有與筷子接觸的米粒與米粒之間也有靜摩擦力，所以整杯大米沒有滑下去；與紙杯接觸的大米對紙杯有向上的靜摩擦力，所以紙杯沒有滑下去，這樣就實現了筷子提杯。學生通過動手體驗，對靜摩擦力的理解更深刻。

三、備課反思

1. 查閱初中教材，關注知識銜接。筆者查閱了人教版初中“摩擦力”一節，初中教材并沒有給出 “相對運動趨勢”的概念，而高中教材直接出現“相對運動趨勢”，因此造成了學生認知困難，學生普遍反映靜摩擦力方向難以判斷。很多高中教師沒有去查閱初中教材，被高中教材的“同學們在初中已經知道”這句話所誤導，因而在高中階段沒有向學生分析相對運動趨勢，因此判斷靜摩擦力的方向就變成了教學難點。

2. 給出摩擦概念，消除矛盾認識。在高一學生頭腦中，普遍認為“摩擦”就是有“相對運動”?，F在高中突然出現“靜摩擦力”，其中“摩擦”是指有相對運動，而其中的“靜”是指沒有相對運動，顯然出現“邏輯矛盾”！因此，高端備課先通過對比得出“摩擦”的概念，使學生更容易理解靜摩擦力產生的條件，以及靜摩擦力的方向。這樣處理，符合物理教學邏輯，適應學生認知規律，降低了教學難度，突破了教學難點。

3. 實驗探究規律，培養科學素養。創設實驗，探究靜摩擦力的大小，發現靜摩擦力存在最大值，稱為最大靜摩擦力。既然發現了最大靜摩擦力，就要更進一步探究靜摩擦力的大小與什么因素有關。采用“控制變量法”，探究出最大靜摩擦力隨壓力增大而增大的關系。通過實驗探究，消除科學研究的神秘感，培養學生物理學的核心素養。

4. 顯化物理方法，培養物理思維。高端備課運用比較法讓學生分辨相對運動與相對運動趨勢的含義，并總結出摩擦的概念，運用體驗法讓每一個學生去感知靜摩擦力的存在，運用觀察法找到靜摩擦力的作用點，運用平衡法研究靜摩擦力的方向和大小，運用控制變量法得出最大靜摩擦力隨壓力的關系。教師只有指出使用的方法，才有利于學生知識和技能的遷移，從而使教學效果產生質的飛躍。

5. 強化課堂制作，培養動手能力。不少教師的課堂是物理公式的天下，缺乏課堂制作設計，學生的動手能力不斷被弱化。教師在教完物理知識后，應該創設一些小制作，引導學生應用剛學的物理知識進行解釋，讓學生“學中有玩，玩中促學”。

責任編輯 羅 峰