静摩擦力的教学案例与评析

赵顺法

（玉环县玉城中学 浙江 台州 317600）

1 设计思想

摩擦力是高中物理新课程（人教版）必修1第三章第三节的内容；教科书编排先学习静摩擦力，后学习滑动摩擦力.但由于静摩擦力问题的复杂性，且在具体问题中又表现出“动中有静，静中有动”，尤其静摩擦在许多情形下似乎又是“若有若无，方向不定”，对于初学者来说不易理解.本教学案例按“什么是静摩擦力—静摩擦力的产生条件—静摩擦力的方向—静摩擦力的大小”这一线索展开教学，通过情境设计支撑学生的建构活动，并将教师演示实验和学生分组探究实验相结合，鼓励学生在问题中思维；在情境中归纳；在实验中发现；在活动中合作交流；实现学生对静摩擦力概念的深层次理解和建构.

2 教学案例

2.1 引入课题——用毛巾提重物

教师提出一个挑战性任务，展示桌上的一大堆书和一条毛巾，要求用一个手指把书都提起来，请学生上台完成.

上台的学生想用毛巾将书包起并打结后再用一个手指勾住上提，但是书多毛巾短，包起来后剩下的长度太短了，不够打结.尝试几次还是提不起来.

这时教师示范，用毛巾将书包起来后，把剩下的毛巾两端紧靠在一起，并相互折叠，压紧，用一个手指勾住上提并成功.接着提问：为什么提起书的时候毛巾两端不会向两边分开？引出静摩擦力并自然引入新课.

2.2 实验启思——什么是静摩擦力

创设下列情境，边演示边引发学生分析讨论.

（1）将一滑块放在水平木板上，处于静止状态.分析滑块受力情况.

（2）将细线一端系在滑块上，另一端通过定滑轮挂上钩码，在钩码的拉力作用下滑块静止.分析滑块受力情况.

（3）分析图1中几个实例，判断地面对箱子、手对直尺、斜面对物体是否存在静摩擦力.

图1

通过情境（2）引导学生分别用“二力平衡法”、“假设光滑法”、“阻碍相对运动趋势法”分析滑块受到的静摩擦力，加深学生对静摩擦力方向特征的理解和判断方法的掌握.接着展现情境（3）请学生分析各种不同情形下静摩擦力的方向，并从以上的实例中概括出静摩擦力的定义.

2.3 分析归纳——静摩擦力的产生条件

通过观看传送带将行李从地面向飞机上运送的视频，启发学生领悟静摩擦力中“静”的含义.再结合前面实例，从中分析归纳两物体间存在静摩擦力的几个必要条件，并用四个字概括静摩擦力产生的重要特征——应“势”而生.

2.4 体验概括——静摩擦力的方向

教师提出问题：静摩擦力的方向有什么特点？

让学生通过牙刷实验来感受和体验静摩擦力的方向.学生听教师指令步调一致操作并思考.

（1）右手握牙刷并放到木板上（刷毛朝下），用力向左推牙刷并与木板保持相对静止.此时牙刷相对木板的运动趋势朝哪边？与桌面接触的刷毛向哪边弯曲？说明刷毛受到桌面的静摩擦力朝什么方向？

（2）把刷毛朝上用左手固定，将右手食指放在刷毛上，向左推并与刷毛相对静止.手指相对刷毛的运动趋势朝哪边？手指受到刷毛的静摩擦力方向朝哪边？这两个方向有何关系？

通过体验让学生概括出物体受到静摩擦力的方向跟相对接触面运动趋势的方向相反.接着请学生画出图1中各物体受静摩擦力的方向，并也用四个字来概括静摩擦力的方向特征——逆“势”而为.

2.5 合作探究——静摩擦力的大小

教师提出：静摩擦力的大小如何确定？

现回到2.2的实例2，边演示边引导学生思考下列问题.

（1）若钩码的重力为0.5N，地面给滑块的静摩擦力多大？

（2）如果继续增加一个钩码，发现滑块仍静止在木板上，这时木板对滑块的静摩擦力变了吗？

（3）再增加一定的钩码，发现滑块相对木板运动了，这说明了什么？

通过对情境（1）、（2）的演示和分析，得出接触面粗糙程度和接触面压力均不变时，地面对滑块的静摩擦力是可以变化的，并请学生也用四个字概括静摩擦力大小的这种特点——随“势”而变.通过对情境（3）的演示和分析，得出木板对滑块的静摩擦力大小是有限度的，即存在最大静摩擦力，物体与接触面的静摩擦力应该在零和最大值之间取值.

教师继续提出下列问题：

（4）如何测出木板对滑块最大静摩擦力的大小？

（5）弹簧测力计读数等于最大静摩擦力是一瞬时，来不及读数，怎么保留这一瞬间指针的位置？

学生讨论（4）后，提出可以用测力计代替钩码拉滑块，当拉力逐渐增大到等于最大静摩擦力时，滑块刚好被拉动.读出滑块刚开始滑动时测力计的读数，就等于最大静摩擦力的大小.讨论（5）后，提出在测力计指针前面放一张小纸片，当拉力增大时，指针推动小纸片前进；拉力减小时，指针后退小纸片不后退，这样小纸片就停留在最大读数位置不动，记住这一位置.接着提供实验器材，请各小组分工合作，根据上述设计思想完成下列探究：

（1）测出滑块与桌面间的最大静摩擦力大小，并记录在表格中；

（2）探究在保持粗糙程度不变，接触面压力改变时最大静摩擦力如何变化；

（3）探究在保持压力不变，改变接触面粗糙程度时最大静摩擦力如何变化.

学生合作探究，讨论交流，汇报结论.进一步归纳出最大静摩擦力大小的决定因素.

2.6 趣味比赛——直尺拔河

请同组学生利用桌上的一把直尺，作拔河比赛，比赛时双方将食指与中指伸直后夹住直尺，其余三个手指并拢.在比赛过程中双方只能向后用力拉直尺，手不能向前移动.直尺最后在谁的手上，谁就是胜利者.之后请学生利用本节所学知识思考取胜或失利的原因.

2.7 概念辨析——深化理解

请学生辨析下列说法的正误.

（1）受静摩擦力作用的物体一定静止；

（2）静摩擦力是阻力，不可以是动力；

（3）一个小孩推箱子而没有推动，是因为他的推力小于静摩擦力；

（4）手握尺子，手握得越紧，静摩擦力就越大.

2.8 问题分析——学以致用

将磁性黑板擦静放在黑板上：

（1）它为什么不掉下？

（2）磁性黑板擦重力G为1N，磁力F1为3N，求摩擦力F多大？

（3）若磁力F2为5N，则摩擦力F更大、更小还是一样？

小结及课后作业略，板书设计如图2.

图2 板书设计

3 案例评析

本节课以静摩擦力概念的几个维度为主线展开教学.课堂中通过“用不打结的毛巾提重物实验”引入静摩擦力课题，学生在惊奇中思维由松弛变为紧张，求知欲被点燃；通过情境创设、问题思维、实验探究、合作学习等手段有效地突破了教学的重点和难点，并且艺术地概括出了其本质特征即静摩擦力的产生——“应势而生”，静摩擦力的方向——“逆势而为”，静摩擦力的大小——“随势而变”，使抽象、复杂的概念变得简洁、生动而容易把握.通过“趣味比赛”、“概念辨析”、“问题分析”等环节，不但巩固加深了学生对静摩擦力概念的理解和应用，同时激发了学生学习物理知识的兴趣，培养了学生运用物理知识分析、解释生活现象和实际问题的能力.在上述八个教学环节中不断引发学生问题思考、分析归纳、体验探究、讨论交流，使得整个课堂呈现出动静有序、积极参与、学情高涨的学习氛围.