促進核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“滑動摩擦力”教學(xué)設(shè)計

【摘要】科學(xué)思維和科學(xué)探究是核心素養(yǎng)的重要組成部分，在課堂中要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力.本節(jié)課讓學(xué)生在觀察和參與中提出問題，解決問題，發(fā)展學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，促使學(xué)生深度理解概念.在滑動摩擦力大小教學(xué)中，采用引導(dǎo)的方法，從質(zhì)疑—猜想—設(shè)計實驗—實驗原理的論證—實驗操作—實驗數(shù)據(jù)的處理—得出結(jié)論，一步步引導(dǎo)學(xué)生進行正確的科學(xué)研究，在探究中發(fā)展、提升學(xué)生的模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的能力.

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)：滑動摩擦力：高中物理

1 教材分析

本節(jié)選擇人教版必修一第三章第二節(jié).本節(jié)放在重力與彈力后，旨在讓學(xué)生由簡單到復(fù)雜地認識力學(xué)的三個基本性質(zhì)力，同時這個順序也是受力分析的基本順序.研究清楚摩擦力的特性，對進行受力分析、動態(tài)平衡的分析都至關(guān)重要.另外，本節(jié)課是重力和彈力的延伸，又為后續(xù)學(xué)習(xí)受力分析及牛頓運動定律打好基礎(chǔ)，具有承前啟后的作用.

這一節(jié)教材通過實驗探究了滑動摩擦力和靜摩擦力的特征，并介紹了生活中幾種常見接觸面的動摩擦因數(shù)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體會科學(xué)探究的精神，同時與生活實際相聯(lián)系，體現(xiàn)了物理的實用性，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力.

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過重力、彈力，對認識力的方法有了一定的把握，對摩擦力也進行過定性分析，還具備初步的實驗技能和實驗探究能力，這都為這節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).

2.1 知識目標(biāo)

（1）知道滑動摩擦力概念及產(chǎn)生的條件，會判斷滑動摩擦力的方向；

（2）會用公式F=μFN計算滑動摩擦力的大小.

2.2 核心素養(yǎng)目標(biāo)

（1）物理觀念：結(jié)合初中學(xué)習(xí)的滑動摩擦力的概念，再通過觀察現(xiàn)象和解決疑惑，更深度地理解滑動摩擦力的概念和產(chǎn)生條件，學(xué)會判斷滑動摩擦力的方向.

（2）科學(xué)思維：通過科學(xué)探究滑動摩擦力的大小，培養(yǎng)提升學(xué)生模型構(gòu)建、科學(xué)推理、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)論證的能力.

（3）科學(xué)探究：通過實驗探究滑動摩擦力的大小，提升學(xué)生動手探究和團隊合作的能力.

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任： 通過實驗的探究和實際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣和熱情，滲透物理研究中的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決實際問題的能力.

3 教學(xué)重點

（1）滑動摩擦力方向的理解；

（2）滑動摩擦力大小計算公式的得出.

4 教學(xué)難點

通過實驗探究滑動摩擦力的大小.

5 教學(xué)過程

導(dǎo)入：初中學(xué)生們已經(jīng)學(xué)過滑動摩擦力，初中是如何定義滑動摩擦力的呢？

5.1 環(huán)節(jié)1 探究滑動摩擦力的產(chǎn)生條件

教師手里拿了一個長的卷子和木塊，把卷子平鋪在桌面上，把木塊放在卷子的中間，準(zhǔn)備拉動卷子，讓學(xué)生猜一下木塊會怎樣運動.

有的學(xué)生會回答木塊隨卷子向前運動，有的學(xué)生會回答木塊停在原地，有的學(xué)生會回答木塊會向后運動，還有的學(xué)生會回答木塊會因為卷子運動的快慢，發(fā)生的運動方向不同.

師 要研究物體的運動，首先要有參考系，為了更好地看出木塊運動的方向，我們放置一個靜止的物體作為參照物.

學(xué)生以較快的速度拉卷子，以較慢的速度拉卷子或隨意拉卷子.

學(xué)生觀察并總結(jié)看到的實驗現(xiàn)象，不管快或慢，木塊都或多或少地發(fā)生了向前的運動，即與卷子方向相同的運動.

設(shè)計意圖 引起學(xué)生的探索興趣.

師 那木塊為什么會向前運動呢？木塊和誰之間產(chǎn)生了摩擦力？是和桌子還是和試卷？

有的學(xué)生會回答“試卷”，有的學(xué)生會回答“桌子”.

師 和桌子接觸了嗎？ 沒有

設(shè)計意圖 提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考問題，在剖析問題的，解決問題過程中，達到讓學(xué)生深度思考的目的.由木塊、卷子、桌面三者之間是否存在摩擦力的探究，引出滑動摩擦力的產(chǎn)生條件.

師 看來滑動摩擦力的產(chǎn)生是需要條件的，滑動摩擦力的產(chǎn)生條件是：

圖1

（1）直接接觸；（2）相互擠壓；（3）相對運動；（4）接觸面粗糙.

設(shè)計意圖 教師給出物體表面的放大圖（見圖1），使學(xué)生深度理解只有直接接觸，擠壓，表面的凹凸才能相互摻合，在相對運動時才能阻礙相對運動，使學(xué)生深度理解滑動摩擦力的產(chǎn)生條件.

師 所以，是木塊和卷子之間產(chǎn)生了滑動摩擦力.

5.2 環(huán)節(jié)2 探究滑動摩擦力的方向

師 滑動摩擦力的方向如何呢？猜想木塊的滑動摩擦力向后，那么木塊為什么又能向前運動呢？

由反證法可得出木塊向前運動是滑動摩擦力的“功勞”.木塊所受的滑動摩擦力是向前的！與木塊的運動方向相同！再來觀察毛刷在手上的運動，結(jié)合展示臺，進行放大.當(dāng)毛刷在教師手上向前滑動時，可以看到毛刷的毛向后，毛刷所受的滑動摩擦力是向后的！與毛刷的運動方向相反！

設(shè)計意圖 看到滑動摩擦力所產(chǎn)生的效果，判斷滑動摩擦力的方向，把抽象的滑動摩擦力的方向具體化，使學(xué)生能觀察到.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

在表1中整理觀察的現(xiàn)象.

師 滑動摩擦力的方向為與相對運動方向相反，相對于誰呢？與誰產(chǎn)生滑動摩擦力就相對于誰.

設(shè)計意圖 交流討論滑動摩擦力的方向與運動方向的區(qū)別與聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力.

師 那么滑動摩擦力的大小與什么因素有關(guān)呢？

5.3 環(huán)節(jié)3 探究滑動摩擦力的大小

師 你們能猜一猜滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)嗎？

學(xué)生會回答壓力的大小、接觸面的粗糙程度、接觸面的大小等.

師 測量所需要的器材有哪些？

師 根據(jù)猜想，我們給的器材有桌面、毛巾、測力計、木塊兒、重物.讓六個學(xué)生為一組進行實驗，把實驗數(shù)據(jù)填入表2中（以圖1為例）.

師 我們采取的方法是什么？

生 控制變量法.

師 即驗證摩擦力和壓力的關(guān)系時，不改變接觸面.驗證摩擦力與接觸面的關(guān)系時，不改變壓力.

教師指導(dǎo)學(xué)生進行實驗，并讓學(xué)生在表格中填寫自己測量的數(shù)據(jù).實驗完成后，用視頻展臺展示學(xué)生測量的數(shù)據(jù).

師 教同學(xué)們?nèi)绾蝸硖幚頂?shù)據(jù).從表格中我們可以看到，摩擦力會隨著壓力的增大而增大，會隨著接觸面的粗糙程度而增大，這是定性的表示，如何定量地找出摩擦力和壓力之間的關(guān)系呢？

我們用圖像的方式來表示找出它們的關(guān)系.橫軸表示壓力FN，縱軸表示摩擦力Ff，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來做出標(biāo)度，用描點法進行描點.描點時注意數(shù)據(jù)必須在三組以上，這樣才能更準(zhǔn)確地畫出圖像.

因為兩點就決定一條直線，所以只做兩組數(shù)據(jù)，不能得出圖像.接觸面是桌面，我們描點畫出來圖像是一條傾斜的直線，表示摩擦力和壓力成正比.我們再來看毛巾面，用同樣的作圖描點，我們可以看到，毛巾面上摩擦力和壓力也成正比.總結(jié)：摩擦力與壓力成正比，即Ff=kFN.

設(shè)計意圖 探究滑動摩擦力的大小，經(jīng)歷探究過程，提出問題，進行猜想，設(shè)計實驗，進行實驗，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，最后得到實驗結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力.

師 那么比例系數(shù)k是什么呢？與什么有關(guān)？我們來看一下同學(xué)們所得出的數(shù)據(jù)，來看這個表格里的桌面的有關(guān)數(shù)據(jù)，用每一組的摩擦力除以壓力，我們發(fā)現(xiàn)在桌面上得到的五組數(shù)據(jù)中，摩擦力除以壓力的值，在誤差允許的范圍內(nèi)是一個定值，結(jié)合圖像，知道這就是比例系數(shù).

在對毛巾面上的摩擦力除以壓力的值進行研究發(fā)現(xiàn)，在毛巾面上，摩擦力除以壓力的值，在誤差允許范圍內(nèi)也相等，這個比值也就是圖像的斜率.

通過比較桌面和毛巾面上比例系數(shù)，發(fā)現(xiàn)桌面和毛巾面上的比例系數(shù)不同，說明這個比例系數(shù)與接觸面有關(guān).

設(shè)計意圖 根據(jù)桌面和毛巾面的實驗數(shù)據(jù)，通過摩擦力與壓力的比值，發(fā)現(xiàn)：桌面上比值都相同，毛巾面上的都相等，讓學(xué)生體會認識到摩擦力比壓力的比值與接觸面有關(guān)，從而定義出比例系數(shù)這個概念.

師 我們把這個因接觸面的性質(zhì)不同而引起的不同的這個比例系數(shù)叫動摩擦因數(shù)（μ）.

動摩擦因素與材料及材料之間的粗糙程度有關(guān)，與摩擦力和壓力無關(guān)，但是在數(shù)值上，它等于摩擦力與壓力的比值.最后總結(jié)出滑動摩擦力的大小跟壓力成正比，得出的公式是 Ff=μFN，μ就是動摩擦因數(shù)，F(xiàn)N是正壓力.

可以看課本上給的各個材料中間的動摩擦因數(shù)，那么動摩擦因數(shù)是不是都小于1呢？學(xué)生們可能都會回答小于1，因為我們看到的書上的數(shù)值小于1，也有些學(xué)生不能確定.教師出示PPT中的信息，展示橡皮與金屬間的摩擦因數(shù)可以大于1，銦與銦以及金屬在特定環(huán)境中，動摩擦因數(shù)大于1，所以動摩擦因數(shù)不一定小于1，而只是我們身邊的大部分物體間的動摩擦因數(shù)小于1.

設(shè)計意圖 拓展知識寬度，達到讓學(xué)生的思維不受限制，大膽猜想，擴大課外閱讀范圍的目的.

6 小結(jié)

這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了滑動摩擦力的概念、產(chǎn)生條件、方向以及大小.本節(jié)課有兩個亮點：（1）引入時的亮點.引入時，展示卷子拉木塊現(xiàn)象，讓學(xué)生產(chǎn)生了極大的興趣，同時引起了學(xué)生們濃厚的探索欲望.（2）滑動摩擦力大小的得出.讓學(xué)生分組進行實驗，得出滑動摩擦力與正壓力，以及摩擦因數(shù)的定量關(guān)系，通過實驗探究，提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力，鍛煉了學(xué)生的合作交流能力.

參考文獻：

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