“摩擦力”教学难点突破，本文主要内容关键词为：摩擦力论文,难点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教学设计思路
摩擦力的教学内容是人教版《高中物理必修1》第三章第三节，是本册书的重点亦是难点章节。如何将静摩擦力产生的条件、大小与方向的确定和难点化解，如何在初中知识背景下强化滑动摩擦力大小的探究进而得到信度较高的结论，成为本节课教学任务能否顺利完成的关键所在。
鉴于此，笔者在静摩擦力教学中，通过对生活中常见的小实验进行细致的分析和推理，得到静摩擦力产生的三个必要条件。通过自制的“绞车测力计”（见图1），将实验室中常用的弹簧测力计的外壳与滑块固定，挂钩与微型绞车相连，微型绞车是在滑轮木板中去掉定滑轮附件、在固定定滑轮的端口插入由自行车辐条折成的简易手柄改装而成，通过端口螺母可将手柄摇过的角度固定在任一值（图2）。将整个静态过程拉伸并逐一定格：在保持木块的静止状态下，缓缓摇动手柄可停顿在任一角度并读出拉力的数值，由此得到静摩擦力的方向与大小特征。
图1
图2
在滑动摩擦力的教学中，突出滑动摩擦力量化规律的探寻，在探寻中充分展现控制变量法的重要作用。基于滑动摩擦力精确测定较为困难，学生分组实验耗时过多且不易得到一个较好的量化结论，笔者利用微型传送带（见图3，由微型直流电动机驱动传送带，传送带上小木块通过细线和测力计相连，受到的滑动摩擦力可由放大了刻度和指针的弹簧测力计显现）将运动物体置换为相对皮带滑动而对观察者静止的物体，从而较为准确地测定滑动摩擦力。在介绍实验装置和基本原理后，可由学生提出实验方案并请三位同学上讲台完成滑动摩擦力与压力关系的实验探究。为了使实验更加紧凑，可利用“电子表格”中的运算功能来处理数据。
图3
除此之外，还可通过变换木块与传送带的接触面积、调整传送带运行速度，得到滑动摩擦力与接触面积、相对速度无关的结论。
为了加深滑动摩擦力与最大静摩擦力大小关系的印象，可在绞车测力计刻度槽中嵌入小卡片，变成了“记忆测力计”（记录曾经有过的最大拉力）。缓缓摇动手柄，将木块由静止拉至匀速运动，提醒学生注意观察木块匀速运动后测力计指针的位置与卡片位置关系，得到在相同的条件下滑动摩擦力略小于最大静摩擦力的结论；或利用力传感器通过力的动态曲线说明两者的关系。
二、教学目标
知识与技能：
(1)知道静摩擦力产生条件，能由相对运动的趋势判断静摩擦力的方向，并能根据平衡条件计算静摩擦力的大小。
(2)掌握滑动摩擦力的规律，能由动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小，并能由相对运动方向判断滑动摩擦力的方向。
过程与方法：
(1)通过静摩擦力产生条件的探寻，体验透过现象看本质的科学思维方法。(2)通过对滑动摩擦力规律的探究，体验在实验中控制变量和实验条件的研究方法。
情感、态度和价值观：
通过实验探寻和生活实例的分析，让学生体会到生活与物理密切相关，培养学生由实践—认识—再实践—再认识的科学认知方法。
三、教学重点与难点
(1)静摩擦力的产生条件和静摩擦力方向判断。
(2)滑动摩擦力规律的实验探寻。
四、教学资源
器材与教具：
自制绞车测力计，微型传送带及相关附件1套，力传感器及附件1套，竹筷子及塑料筷子各1双，砝码1组，塑料瓶1只，多媒体课件等。
课件：
相关资源（图片、视频、电子表格数据处理系统）。
五、教学过程实录
［实验1］引导学生将右手掌压紧桌面，体验桌面的弹力，然后顺着桌面方向前推手掌，会明显地感受到一个阻碍手掌运动的力，且压桌面越紧，推动手掌越困难。
教师：这种阻碍手掌起动和相对运动的力是一种时时相伴我们身边但又不易被察觉的力——摩擦力，这节课我们就一起来认识它。
［板书］第三节 摩擦力
教师：在刚才的实验中，阻碍手掌起动的力，产生在两个相对静止但是又有运动趋势的两物体间，叫静摩擦力；当手掌起动后，阻碍手掌运动的力产生在发生相对运动的物体间，叫滑动摩擦力。这两类摩擦力各有特点，它们产生的条件、大小和方向有各自的规律。
［板书］静摩擦力
［板书］(1)静摩擦力产生的条件
对滑块、木板、弹簧测力计、绞车装置作一简单的介绍。
［实验2］如图4，缓缓摇动绞车手柄，用实物投影仪显现弹簧测力计的刻度，提醒学生注意观察弹簧测力计的读数有无变化，木块是否移动（使弹簧测力计读数逐渐增至某值，木块相对木板静止）。
图4
［实验3］轻轻提起瓶子，瓶子静止在空中。
教师：拉物体不动或持物品于手中，这是我们常见的生活景象。从这两个现象中，我们能获取有关静摩擦力的哪些信息呢？
设问：弹簧测力计给木块施加了什么方向的作用力？木块“想”往什么方向运动？木块为何又不动？当撤去拉力时，静摩擦力还存在吗？
学生：当木块“想”往某个方向运动时，静摩擦力才会出现。
设问：受重力作用的瓶子为何没有下落？手握紧瓶子的力（弹力）小一些，小到仅仅让手与瓶子保持接触，情景如何？
学生：没有了弹力，静摩擦力也就消失了。
教师：上述两例中，在物体的接触面上都出现了静摩擦力，请同学们思考静摩擦力产生的条件。
静摩擦力产生的条件。
［板书］①两物体间有相对运动的趋势
［板书］②两相对静止的物体直接接触，在接触面间存在弹力。
设问：除了这两个条件，还有其他条件吗？
学生讨论，请一个同学发言，并做一个小实验，验证同学的结论。
［实验4］让两个学生同时用光滑的塑料筷子和竹筷子夹取砝码，光滑的塑料筷子夹取多次不能夹起，粗糙的竹筷子可一次夹取钩码。
［板书］③接触面粗糙。
教师归纳：要产生静摩擦力，必须同时具备这三个条件，缺一不可。
进一步观察实验2：设问，在测力计的拉力作用下木块“想”往哪儿滑动？运动趋势向哪儿？静摩擦力什么方向？
［板书］(2)静摩擦力的大小和方向
［板书］①静摩擦力的方向沿接触面与相对运动趋势方向相反。
教师：趋势是一种想要动而没有动起来的状态，通俗地说就是表面上相对静止，心里却有想法。之所以想动是因为有外力的驱使；之所以没动是因为有静摩擦力的制约，为了准确地判断相对运动趋势的方向，我们通常假定接触面光滑，没有摩擦力，构想相对运动方向，从而断定不光滑时的相对运动趋势方向。如静止在斜面上的物块；靠在墙上的梯子；拔河比赛中脚与地面的作用等。
图5
再观察实验2。
教师：木块受到静摩擦力大小等于多少？
学生：由二力平衡可知，静摩擦力大小等于测力计的拉力。
［实验5］继续摇动绞车手柄，在拉力逐渐增大过程中木块保持静止，这个现象说明什么？
学生：静摩擦力的大小是变化的，它总是和外拉力相平衡。
教师：那么，静摩擦力不断地与外力处于相平衡的状态能不能无限地维持下去呢？
［实验6］持续摇动绞车，拉力增大到某一值时，木块开始滑动，平衡被打破。这又说明了什么？
学生：静摩擦力不能无限制地增大。
教师：静摩擦力有一个最大值
，当外拉力大于此值时，物体将开始滑动，这个最大值叫做最大静摩擦力。
［板书］②静摩擦力的大小随使物体产生相对运动趋势的外力增大而增大，但有限
小结：这样，我们对静摩擦力就有了一个初步的认识，静摩擦力存在于两个接触面不光滑且有弹力和相对运动趋势的物体之间，它大小是变化的——但有范围；它的方向也是可变的——总是与运动趋势相反。它表面上悄无声息，暗地里却变化多端，抓住相对运动趋势方向是关键，那么，当物体间发生相对滑动时，又是一番怎样的景象呢？这就是我们要讨论的第二个话题。
［板书］滑动摩擦力
［实验7］摇动绞车，使木块开始滑动，注意观察测力计，发现仍有读数。
教师：这就说明，木块在木板上相对滑动时，要受到木板阻碍其相对滑动的力，这种力叫滑动摩掳力（滑动摩擦力也不难感受到，如擦黑板时，黑板对黑板擦的阻力；紧急刹车后，车很快就能停下来等）。
教师：关于滑动摩擦力我们在初中已作过一些初步的探讨，下面请一个同学就滑动摩擦力的产生条件、方向特点等方面作一简单的概述。
［板书］(1)滑动摩擦力产生的条件
①两物体间发生相对运动。
②两接触面间存在弹力。
③接触面粗糙。
［板书］(2)滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反。
［板书］(3)滑动摩擦力的大小
教师：关于滑动摩擦力的大小在初中我们也有个定性的结论：与垂直表面的压力和接触面的粗糙程度有关。那么，它们到底有着什么样的定量关系？另外，滑动摩擦力的大小与接触面积的大小、与相对运动速度的大小有关吗？等等。这是我们在高中物理学习中要解决的问题。
［实验8］学生探究活动。
(1)教师介绍微型电机传送带的基本构成和测量方法（传送带被微型直流电动机驱动，与小木块相连的弹簧测力计的刻度被放大，说明测力计测得的是小木块的滑动摩擦力）。
(2)学生给出探究方案：保持接触面积、相对速度不变，仅改变垂直压力，测得相应摩擦力。
(3)由三个学生上台操作：
①改变垂直压力测定滑动摩擦力，由学生将测得的数据输入电子表格求得摩擦力与正压力之比，得到有关结论。
②仅改变接触面积：调换木块与传送带的接触面，观察摩擦力的变化。
③仅改变相对运动速度：调节直流电动机的输入电压，观察摩擦力的变化。
表1 滑动摩擦力数据采集与分析
教师：更精确的实验表明，滑动摩擦力大小与物体表面的垂直压力成正比，与接触面积和相对速度均无关。
比例常数μ叫动摩擦因数，与接触物体材料有关，还跟接触面情况（如粗糙程度）有关。
教师：可见，在确定的接触面和压力下，滑动摩擦力是个定值，这与静摩擦力大小随着外推力的变化而变化有着明显的区别。
设问：在相同的条件下，最大静摩擦力与滑动摩擦力谁大？
学生：凭感觉，好像最大静摩擦力要大一些。
［实验9］教师用弹簧测力演示静摩擦力与滑动摩擦力的大小关系：缓缓摇动手柄，将木块由静止拉至匀速运动，提醒学生注意观察木块匀速运动后测力计指针的位置与卡片位置关系，再用力的传感器演示静摩擦力与滑动摩擦力的动态曲线。
得出结论：滑动摩擦力比最大静摩擦力稍小。
［例］马拉雪橇在水平冰道上运送木料，钢制雪橇与木料总重量为
，(1)马拉力多大时，才能使雪橇匀速前进；(2)当马用600N拉力拉雪橇时，雪橇受地面的摩擦力多大？
讨论1：
“摩擦力与我们的世界”：我们的日常生活中有许多关于静摩擦力和滑动摩擦力的事例，你能说出一些来吗？如果这个世界没有了摩擦力，将是一番怎样的景象？
讨论2：
分析百米运动员起跑后的加速阶段的后蹬脚和汽车启动过程中的驱动轮所受摩擦力的情况（图6）。
图6
四、小结
这节课我们讨论了两种摩擦力的产生条件和变化规律，静摩擦力和滑动摩擦力客观地存在于我们的周围，直接或间接地影响着我们的生活，它有时是有益的，不可缺少的；有时是有害的，会给我们带来麻烦。认清它的性质，摸清它的规律，为我所用，这才是人们探寻未知世界的目的所在，当然，基于我们的知识所限，这种探寻还比较浅显，比如，摩擦力究竟是怎样产生的？它的本质是什么？滑动摩擦力为什么与压力成正比而与接触面积无关等等这些问题我们还没有搞清楚。这没关系，因为人们认识客观世界本来就有个渐进的过程，不可能一蹴而就，对这种探寻方法的领悟与体验才是最重要的，在今后的学习中需多多体验用心领会。