“问题串”在静摩擦力教学设计中的应用

马　剑

(江苏省南京市第九中学，江苏　南京　210018)



“问题串”在静摩擦力教学设计中的应用

马剑

(江苏省南京市第九中学，江苏南京210018)

“静摩擦力”是高中物理教学的重要内容，为了提高概念教学的有效性，体现学生学习物理知识的过程性，笔者通过情境设置引入静摩擦力，通过演示实验，设置问题串，使学生体会并理解相对运动趋势、静摩擦力方向和大小.

静摩擦力；问题串；教学设计

“问题串”是指在一定的学习范围或主题内，围绕一定目标或某一中心问题，按照一定逻辑结构精心设计的一组问题，其主要特征为：(1) 使学生成为问题情境中的角色；(2) 教师围绕课程内容，设计、安排问题串，鼓励学生解决问题；(3) 教师创造一种学习环境，激发学生思考，不断引导学生深入地理解和掌握知识.

在“静摩擦力”的教学中，学生对于“静摩擦力”有一定的知识储备，但这些知识比较零散、不成体系，甚至有些是错误的，因此在新授课时教师需要对学生的已有知识进行梳理并作必要的补充.在知识点教学中，“相对静止”、“相对运动趋势”等既是重点又是学生理解的难点，为了解决教学过程中遇到的实际问题，本文尝试采用“问题串”的形式进行课堂教学.

1　设置情境，引入课题

师：有一次我推车(如图1)，用力推但是没推动.在这个过程中，地面与汽车之间产生了什么力？

生：摩擦力.

师：是什么摩擦力？

生：静摩擦力.

师：接着两个人一起推(如图2)，还是没推动，静摩擦力的大小怎么改变？

生：变大了.

师：生活中常见的电扶梯有“阶梯式”和“斜面式”.当我随着斜面式扶梯缓缓上升时(如图3)，是否受到摩擦力的作用？如果有，是什么摩擦力？

图3

生：有，静摩擦力.

利用生活中的亲身体验，是理解概念的捷径，通过情境设置，提出本节课的课题——静摩擦力，激发了学生的学习兴趣.

2　体验静摩擦力，明确相对静止

师：在图4所示的5幅图片中选出与静摩擦力相关的选项.

图4

生：图片1、3、5(并归纳静摩擦力的特点).

在这一环节中学生通过生活中常见的摩擦现象，归纳得出产生静摩擦力时，两个物体相对静止(在这里暂不对相对静止进行详细的讨论).设计目的在于让学生清楚静摩擦力、滑动摩擦力是两种不同类型的摩擦力，区别之一就是相互接触的两个物体间相对位置关系.

3　通过切身体验，探究静摩擦力的产生条件

师：水杯能静止在空中(如图4中图片3)，是因为受到了竖直向上的静摩擦力的作用.要在相对静止的两个物体间产生静摩擦力，需要满足什么条件？

生：用力握住水杯.

师：握住水杯是不是也可以这样来表述：对接触面施加压力？还有没有同学需要补充的？

如果学生一时没有想到，教师可以做出提示：接触面是粗糙还是光滑的？

“相对静止的物体间存在相对运动趋势”这个条件对于学生而言，只是知晓而没有理解，所以可以直接给出静摩擦力产生的条件.

4　体会相对运动趋势

教师引导学生，首先用手托住书本(如图5)，紧接着慢慢地反转手掌.

图5

师：感受到书本的相对运动趋势没有？

生：有沿着手掌向下的运动趋势.

师：运动趋势是不是可以这么理解：物体想动却没有动？

将生活中的具体事例抽象为物理模型，让学生去判断相对运动趋势的方向.

例1：如图6所示,物体在水平面上或斜面上静止时,分析物体的运动趋势.

图6

这些物体相对运动趋势的问题难度不大，可让学生思考片刻再回答.此例题除了要让学生进一步熟悉相对运动趋势，还要能提出判断相对运动趋势的方法.

师：我们可以用什么方法来判断物体的相对运动趋势？

如学生觉得较为困难，教师不妨稍作提示给出方法——假设法.假设没有摩擦力，物体的相对运动方向即为相对运动趋势的方向.

5　静摩擦力的方向

情境设置：用毛刷演示实验.将毛刷放在左手上，接着用右手缓慢向右拉毛刷(如图7).

图7

师：请同学们仔细观察，并做出相应的解释.

生：可以看到刷毛弯曲了，因为受到了左手对刷毛施加的静摩擦力作用.

在教学过程中，学生在回答这个问题时还是有一定的难度.如学生一时难以答出，可引导其思考以下问题.

师：刷毛下端与左手有没有发生相对运动？

生：没有.保持相对静止.

师：刷毛下端在左手的带动下向左弯曲了，是什么力造成的？力的方向朝哪边？

生：刷毛受静摩擦力作用，方向沿着接触面向左.

师：刷毛相对于手的运动趋势方向朝哪？

生：毛刷有相对于左手向右的运动趋势.

刷毛对于左手的相对运动趋势向右，刷毛受到的静摩擦力的方向向左，它们的方向相反.大量的实验表明：物体所受静摩擦力的方向在接触面内，和物体与接触面间的相对运动趋势方向相反.

例2：分析图6的4种情景下物体所受静摩擦力的方向.

通过例题，强化静摩擦力的判断过程，还可以穿插介绍利用二力平衡的原理判断静摩擦力的方法，并对两种方法进行比较.

6　静摩擦力的大小

师：研究静摩擦力，实验探究是一种非常好的方式.请同学们讨论一下，可以设计什么样的实验装置来研究？

生：用弹簧测力计拉木块，根据二力平衡的原理测出静摩擦力的大小.

教师对设计方案给予一定的肯定，并给学生介绍，通过实际操作对比，本节课用于演示的实验装置经过了改进(如图8).

图8

6.1熟悉实验装置

如图9所示是本实验的实物图，图中最下方是一个带挡板的长木板，弹簧秤的一端固定在挡板上，另一端与木块相连，木块的下方是一个可移动的接触面(在本实验中，可移动的接触面是纸条，弹簧秤可用力传感器替代).

问题1：拉动纸条时，物块相对接触面的运动状态会如何改变？

问题2：拉动纸条时，物块会受到摩擦力的作用吗？如果有，是什么摩擦力？

问题3：产生的静摩擦力的大小与弹簧秤的读数大小相等吗？

6.2探究静摩擦力大小的特点

探究1：在缓慢拉纸条时(保持物块与纸条相对静止)，观察静摩擦力的数值变化.

生：静摩擦力的数值增加且有最大值.

师：如何直观地反映数值的变化规律？

生：可以作出F-t图像(如图10)，静摩擦力的大小关系为：0

图10

探究2：影响大静摩擦力大小的因素(根据课程标准，对于此问题不宜深入探究).

(1) 研究接触面的粗糙程度与Fmax的关系.

(2) 研究正压力大小与Fmax的关系.

7　首末呼应，完成教学

重新审视用于新课引入时的电扶梯问题，在讨论中明确“相对静止”的含义.相对静止是相对接触面是静止的，相对地面可以是静止的，也可以是运动的.

8　教学反思

总的来说这节课较好地完成了教学目标，边教边导、边学边练，首尾呼应.首先，贴近生活情境的引入能一下抓住学生的注意力，并激发起学生的兴趣；其次用实验描述概念的特征，语言、文字、图像等信息的协同刺激有助于学生对知识的记忆和提取.再次，精心设计“问题串”，让教学在互动中进行，学生的参与度较高，体验感较为丰富.

[1] 程波.设计问题串构建高效课堂[J].中学化学教学参考，2010，(11).

[2] 曹嫚冬.多版教材中“摩擦力”内容的比较研究[J].物理之友，2015,31(5).

[3] 吴必龙.例谈摩擦力的函数图像[J].物理之友，2015,31(8).

[4] 周亚云,曲艳平.在体验和创新中幸福地学习物理——以研究性学习《生活中的摩擦力》为例[J].物理之友，2015,31(9).