利用自制教具 改進物理探究實驗
——以“影響滑動摩擦力因素實驗”為例

(江蘇省鎮江市官塘中學，江蘇 鎮江 212000)

《義務教育物理課程標準(2011年版)》指出：科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式。蘇科版初中物理教材突出了“科學探究”的重要性，在八、九年級4冊教材中，一共有40個科學探究內容，其中的23個是重點。讓科學探究實施更加有效，是一線物理教師奮斗的目標，對探究實驗教學進行改進是重要的策略之一。本文對“探究影響滑動摩擦力因素”實驗設計及自制教具作出說明，并對實踐結果進行總結。

1 實驗改進的出發點

圖1

“摩擦力”是蘇科版八年級物理教材第八章“力”的第三節內容，這一節的科學探究內容是：探究影響滑動摩擦力大小的因素。教材中在“試一試”“猜一猜”的環節，引導學生猜想影響滑動摩擦力的因素主要為：壓力和接觸面的粗糙程度。而在“如何測量滑動摩擦力大小”的實驗設計環節，教材是利用“信息快遞”告知學生：如圖1所示，將物體置于水平桌面上，用彈簧測力計沿水平方向拉動，使其做勻速直線運動，此時彈簧測力計的示數等于物體所受滑動摩擦力的大小。這句話很容易理解，但是實際操作卻很困難，主要原因在于很難控制物體做勻速直線運動，并且彈簧測力計讀數誤差較大，導致實驗效果不佳，影響實驗結論的得出。針對這一問題，筆者進行了多次實驗的改進。

2 實驗改進的過程

2.1 第一次改進：由一道題目開啟的探究

第一次改進的嘗試是源于一道習題，如圖2所示，拉動長木板時，不需要做勻速直線運動，彈簧測力計的示數就是木塊受到的摩擦力大小。但難以使彈簧測力計保持水平，導致讀數不準確，誤差較大。

圖2

經過進一步的思考，筆者加了一個可以改變拉力方向的定滑輪(如圖3)。加了定滑輪之后，彈簧測力計就由水平測量變成了豎直測量，誤差減小了。但是對于剛接觸力學的八年級學生來說，這個實驗的原理比較難理解，不少學生對于木塊受到的摩擦力的方向及大小的分析表示困惑。

圖3

2.2 第二次改進：由一次網購開啟的再探究

在一次網購過程中，筆者“結識”了相機架、電動升降桌等產品中的關鍵原件——電動推桿，認為這件“寶物”可以改進很多物理實驗，第一個想到的就是“滑動摩擦力”的實驗，于是有了第二次改進。

將彈簧測力計用兩個夾子豎直固定在電動推桿的頂端，通過定滑輪可以勻速拉動木塊在水平面上做直線運動。同時解決了較難控制的勻速直線運動以及彈簧測力計水平使用誤差較大的兩大問題，且實驗操作更加簡便，只需按動按鈕，同時觀察木塊的運動和彈簧測力計的示數即可(如圖4)。

圖4

具體探究實驗過程如下：

(1) 通過在木塊上增加配重的方法來改變壓力，研究滑動摩擦力與壓力的關系。

(2) 通過在木塊表面鋪上毛巾、玻璃紙等方法來改變接觸面的粗糙程度，研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系。

(3) 通過將木塊平放、側放的方法來改變接觸面積，研究滑動摩擦力與接觸面積的關系。

(4) 將木塊換成小車，一次將小車正放，測出其滾動摩擦力，另一次將小車倒放，測出其滑動摩擦力，從而得出結論：“化滑動為滾動”可以減小摩擦力。

2.3 第三次改進：由細節提高教具的品質

在前述改進的基礎上，將教具的外觀進行美化，使得其更美觀、更于攜帶。此前用兩個夾子固定彈簧測力計很不方便也不美觀，改進后是在推桿的頂端定制了一個固定的鉤子，彈簧測力計取放都很方便，將之前設計的小彈簧測力計換成了大彈簧測力計，可視性更強，效果更好，并且將用來改變粗糙程度的毛巾利用圖釘固定在木板上，實際操作時，木塊在毛巾上運動更加穩定。

3 感悟

物理教師如果始終按照教材進行科學探究實驗的設計與教學，那么教師就被教材“框住了”，運用一些本身存在不足的實驗設計與器材時，科學探究的效果就會打折扣。如果教師多思考、多探究，能夠選擇合適的器材甚至生活中的物品自制教具，改進實驗，幫助學生進行探究實驗，這樣不僅能夠提高課堂教學的效果，還能激發學生的學習興趣，培養他們的創新精神，從而提升物理課堂的品質。例如，在本文的自制教具實驗中，學生對電動推桿很有興趣，可以開展一個利用電動推桿改進其他物理實驗的小比賽，鼓勵學生開動腦筋，主動探究，愛上探究！