对静摩擦力教学的几点创新尝试

温见明

(江西省赣县中学 江西 赣州 341100)

1 对静摩擦力大小教学的创新探究

让学生体验实验:用细线水平拉滑块，在水平细线拉力作用下滑块有向右滑动的趋势，但没有滑动;然后逐渐增大水平拉力，直到滑块滑动.

设问1:静摩擦力如何变化？

设问2：静摩擦力能不能无限制地增大？

对于以上问题，学生不难得出结论，但是这一限度即最大静摩擦力是多少，有什么规律，由于无法定量观察，学生对教学内容的理解有一定的困难.

虽然可用弹簧测力计来研究，即在弹簧测力计上放一红色纸条以显示最大静摩擦力的大小在弹簧测力计上的读数位置，但无法记录静摩擦力大小变化的整个过程.因此，如果用力传感器来研究，就可形象、直观地显示出来，实验装置如图1所示.

图1

对木板施加拉力，并逐渐增大，直到可以抽动木板.这一过程中木块受到的拉力通过Dislab系统由计算机处理后得到如图2所示的Ff-t图像.

思考与讨论：从图像你能获取哪些物理信息？

引导学生由图2得到如下信息：滑动前，静摩擦力随外力的增大而增大，但有一个限度，即最大静摩擦力的存在；拉动以后，摩擦力变小了，即变成了滑动摩擦力；最大静摩擦力略比滑动摩擦力大.

图2 Ff-t图

显然，与传统教学相比,该教学设计有很大的优点，可将这一过程形象、直观地全部展现在学生面前.

2 对“相对运动趋势”的方向教学的创新探究

相对运动趋势的教学很抽象，学生初学觉得难度大.教学中，大多数教师都是采用传统的演示实验并辅以讲授的方式，学生理解有一定困难.

笔者设计如下问题与实验让学生体验与理解.

设问:怎样是“有相对运动趋势”？怎样判断“相对运动趋势的方向”？

首先让学生通过拉桌面上的木块以体验相对运动趋势，随后让学生回答相对运动趋势的方向如何,是否观察到了相对运动趋势.学生往往较难回答后一个问题.

此时教师可以这样引导学生：当需要判断某一接触面是否具有相对运动趋势时，在保持所有条件都不变的情况下，假设这个接触面变为光滑；如果仍然能保持接触面的相对静止，则原来静止时就没有相对运动趋势；如果变为光滑后，两接触面相对滑动起来，说明原来静止时具有相对运动的趋势，之所以没有相对运动，是因为被静摩擦力给“卡”住了，也就是说，原来存在着静摩擦力.

假设接触面光滑,木块运动方向是原来静止时运动趋势方向，静摩擦力方向跟这个方向相反.

接下来设计如下问题和实验来体验和观察相对运动趋势.

思考与讨论:如图3所示，物块A，B叠在一起放在水平桌面上，现对B 施加一水平拉力F，此时 A，B都处于静止状态，请判断A，B之间，B与桌面之间有无静摩擦力的作用.如果有，方向如何.

图3

学生对这个问题虽然有所理解，但无法直观表现出来.那么如何直观呈现出A与B间，B与桌面间是否有相对运动趋势？

笔者让学生用实验来探究这个问题.

器材：两本书和两支铅笔.

过程：把两本书叠在一起，放在水平桌面上，纸带夹在下面这本书中.先把两支铅笔放在书A，B之间以减小摩擦，轻轻拉B，看A是否会滑动，如图4；然后把两支铅笔放在B与桌面之间，同样轻轻拉B，如图5，看B是否滑动，滑动方向如何.

结论：如图4轻轻拉书B，上面的A是不会滑动的，说明A相对B没有相对运动趋势.而如图5拉B，则B会相对桌面滑动.说明图3中用力F拉B，B有相对桌面向右运动的趋势.

通过这一体验实验，学生明白了什么是相对运动趋势，且知道了如何判断相对运动趋势的方向.

图4 图5

3 对人走路时静摩擦力大小和方向变化的创新探究

人走路是天天必做的事情，也是学完静摩擦力教师必讲的问题;但很少有人思考走路过程中静摩擦力大小和方向的变化规律，尤其学生刚学完静摩擦力，对这一问题非常感兴趣，但又不知如何研究.

笔者设计了如图6所示的装置.传感器的一端固定在上面木板上，另一端固定在下面的木板上.让一个学生轻轻走上木板并离开木板时，传感器通过计算机处理后显示的Ff-t图像即可反映地面对人的静摩擦力在这一过程的变化情况，如图7所示.

图6

图7

思考与讨论：从图像中你有哪些发现？

学生活动：思考图像反映的物理信息.

结论：可反映静摩擦力的方向不同以及大小变化情况.

设问：图像所围的面积表示什么物理量？当然这一问题学生暂时回答不了，因为所围的面积表示摩擦力的冲量，但这为后面学习冲量埋下了伏笔，也为学生用图像理解冲量提供了事实依据.

通过传感器和计算机的处理，图像形象直观地把人走路这一过程中摩擦力大小和方向变化的规律一览无余地展现出来.

通过对以上两问题的探究，及对人走路时静摩擦力大小和方向变化应用的探究，学生对静摩擦力的理解比较充分，把教学中的两个难点充分化解了.