应势而生，逆势而为，随势而变——静摩擦力的教学案例与评析，本文主要内容关键词为：静摩擦力论文,而生论文,而为论文,逆势论文,教学案例论文，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。
《摩擦力》是人教版高中新课程教科书《物理》必修1第三章第3节的内容，它既是本章的重点，又是以后学习牛顿运动定律、物体平衡、功能关系等知识的基础.摩擦力问题比较复杂，在具体问题中常表现出“动中有静，静中有动；若有若无，方向不定”的特点，这对于初学的学生来说不易理解。因此，教师应把这节教学内容放在一个较高的教学层面上。笔者在浙江省“特级教师送教下乡”活动中，为丽水地区的高中物理教师作了一节《摩擦力》观摩教学课（第一课时），受到听课专家和教师的一致好评。现将这节课的设计思想、教学过程及评析展示如下：
一、设计思想
根据教科书中“先学习静摩擦，后学习滑动摩擦，突出静摩擦力的探究，淡化滑动摩擦力的探究”的安排，确定高中课堂教学的探究重点应该是静摩擦力。笔者将这节内容分为两课时，静摩擦用一课时，这样，学生就有充足的时间进行探究学习，另一课时为滑动摩擦力及摩擦力应用习题课。
建构主义学习观认为，物理概念的学习是由学生根据已有认知主动建构自己知识经验的过程，教师通过对学生头脑中已有的摩擦力知识进行分析，理清静摩擦力概念的知识脉络和内在联系，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，通过对各种情景和资源的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，实现学生对静摩擦力概念的深层理解和建构。
鼓励学生在问题中思维、在情景中归纳、在实验中发现、在活动中合作交流，引导学生积极、主动参与到探究过程中，从中体验科学探究与发现的成就感。
二、教学程序
环节一 引入课题——用毛巾提重物
师：（提出挑战性任务）桌上有一堆书和一条毛巾，要求用一个手指把这些书都提起来，大家谁能完成？
生：（尝试完成）上台用毛巾将书一包，想打个结后再用一个手指钩住上提，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。
师：下面我来完成这看似不可能的任务，如图1所示。请同学们注意观察：将书包起来后将剩下毛巾紧紧靠在一起，并相互折叠、压紧，用一个手指钩住上提，操作成功。
师：（提出问题）为什么提起书的时候毛巾两端不会分开呢？
生：存在摩擦力，是摩擦力阻碍了毛巾的相对滑动，所以能够顺利提起来！
师：初中我们就学过摩擦的知识，摩擦可以分为哪几类？
生：静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦。
师：刚才提书时，毛巾之间的摩擦力属于哪一种？
生：静摩擦力。
师：那么什么是静摩擦力？它有哪些特征呢？这节课我们就来研究它。
点评 通过提出挑战性的问题情境，引发学生参与，在学生的质疑中自然引出课题，同时也激发了学生深入学习静摩擦力的热情。
环节二 实验启示——什么是静摩擦力？
实验情景1 将一滑块P放在水平木板上，处于静止状态。
师：滑块受几个力？处于什么状态？
实验情景2 如图2所示，将细线一端系在滑块P上，另一端通过定滑轮在托盘里放砝码，滑块静止。
师：滑块水平方向受拉力为何还处于静止状态？
生：从二力平衡的条件看，滑块还受木板给它向左的力——静摩擦力，它跟拉力平衡。
师：假如我们给木板和滑块的接触面上都抹上润滑油，使接触面变得非常光滑，这时会产生什么现象？
生：向右运动。
师：现在滑块虽然没有向右运动，但它“蠢蠢欲动”，我们就说滑块有向右运动的趋势。那么，是谁阻碍了滑块的相对运动趋势？
生：静摩擦力。
师：分析如图3所示的几个生活实例，判断地面对箱子、手对直尺、斜面对物体是否存在静摩擦力，判断时可以假设接触面光滑，判断物体有没有相对运动的趋势。
生：因为相对接触面都有运动趋势，所以都存在静摩擦力。
师：请从以上实例中概括出什么是静摩擦力？
生：两个相互接触的物体，当它们之间有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动趋势的力，这种力叫做静摩擦力。
点评 引导学生从情景中发现静摩擦力的产生原因及其特征——有相对运动趋势，根据这一特征分析判断其他情景中是否存在静摩擦力，让学生了解这种特征的普遍性，并自然归纳出判断静摩擦力是否存在的方法——二力平衡法和假设法。
环节三 分析归纳——静摩擦力的产生条件
观看视频 传送带不断地将行李包从地面向飞机上运送，如图4所示。
师：行李包上升过程中受摩擦力吗？静摩擦力的“静”是什么意思？是否只有静止的物体才会受到这种力？
生：应该是产生静摩擦力的两个物体之间相对静止，相对地面不一定静止。
师：试归纳两物体间要产生静摩擦力，需要满足哪些条件？
生：物体与接触面相对静止；物体与接触面有相对运动趋势。
师：物体之间有了相对运动趋势后才会产生静摩擦力，可见，物体间的静摩擦力是应“势”而生的。
师：存在静摩擦力的接触面有什么特征？在垂直接触面的方向上存在什么力？（上节课学了弹力，我们看看产生静摩擦力的接触面是否存在弹力？）
生：产生静摩擦力的接触面粗糙且相互之间存在压力。
点评 通过传送带这个情景，让学生了解“动中有静”，理解“静”的相对性，并进一步归纳出静摩擦力的产生条件。
环节四 体验概括——静摩擦力的方向
师：我们研究了静摩擦力的定义和产生条件。要全面了解一种力，还应该从力的哪些方面（要素）入手？
生：力的大小、方向和作用点。
师：物体受到静摩擦力的作用点在哪儿？
生：接触面上。
师：根据定义，静摩擦力是阻碍物体相对接触面运动趋势的力，它的方向有什么特点？
实验体验 我们一起来感受静摩擦力的方向。每位同学桌上都有一把牙刷（如图5所示），大家用右手拿起牙刷并将牙刷毛朝下放到木板上：（1）手握牙刷用力向左推并使其与木板保持相对静止，此时，牙刷相对木板的运动趋势方向朝哪边？与桌面接触的牙刷毛向哪边弯曲？说明牙刷毛受到桌面的静摩擦力朝什么方向？（2）再把牙刷毛朝上用左手固定，将右手食指放在牙刷毛上，向左推并与牙刷毛相对静止。手指相对牙刷毛的运动趋势方向朝哪边？手指受到牙刷毛的静摩擦力方向朝哪边？这两个方向有何关系？
生：物体受到的静摩擦力方向与其相对接触面运动趋势的方向相反。
概括提升 根据上述特征分析并画出如图3所示的几个实例中静摩擦力的方向。
师：因此，静摩擦力的作用效果就是阻碍物体间的相对运动趋势。这种方向特点我们也用四个字来概括，静摩擦力的方向总是——逆“势”而为！
点评 通过牙刷实验让学生充分体验静摩擦力的方向与相对运动趋势方向的关系，并让学生运用这一特征判断各种情景中静摩擦力的方向。让学生按统一指令操作、观察与体验，教学过程处理细腻，学生体验深刻。
环节五 合作探究——静摩擦力的大小
实验启发1 回到如图2所示的实验中。若砝码和托盘的总重为0.5 N，桌面对滑块的静摩擦力多大？判断依据是什么？
生：根据二力平衡条件，因为木板对滑块的静摩擦力等于绳子对滑块的拉力，所以桌面对滑块的静摩擦力大小也为0.5 N。
师：如果继续增加砝码，发现滑块仍静止在水平木板上，这时木板对滑块的静摩擦力变了吗？
生：变了。拉力增加时，滑块相对桌面的运动趋势增强，更加“蠢蠢欲动”却仍旧纹丝不动。根据二力平衡条件，滑块的运动趋势变强，静摩擦力随之增大。
师：可见，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。如果也用四个字来概括静摩擦力大小的这种特点，如何概括？
生：静摩擦力的大小会随“势”而变！
师：接触面对滑块的静摩擦力能无限增加吗？
实验启发2 增加砝码的数量，发现滑块相对木板运动了，这说明了什么？
生：木板对滑块的静摩擦力大小是有限度的，就是说它们间的静摩擦力存在一个最大值，拉力达到这个最大值，滑块就开始滑动。
师：物体与接触面间静摩擦力的最大值称为最大静摩擦力，若用
表示，则物体与接触面的静摩擦力大小应该在零和最大值之间，即0＜F≤，在区间范围内根据相对运动趋势的强度取值，它没有确定的公式。
师：如何测出木板对滑块最大静摩擦力的大小？
生：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。
师：滑块被拉动之后，受到的就不再是静摩擦力了（而是滑动摩擦力——下节课研究），可见拉动滑块的过程中，弹簧秤的读数等于最大静摩擦力只有一瞬时，太快了来不及读数，怎么保留这一瞬间指针的位置？
生：（受启发后）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（如图6所示），这样小纸片就停留在最大读数位置不动了，记住了这一最大位置。
师：这个小纸片有记忆功能，我们可以把纸片称为记忆片。
合作探究1 下面请各小组分工合作，根据上述设计思想，并通过实验测出滑块与桌面间的最大静摩擦力的大小。（注意事项：①测力计要先调零；②拉测力计时要保持和接触面平行；③拉动过程一定要缓慢进行）各组开始测量并将数据记录在表格中。
学生合作实验，测出最大静摩擦力的数值。
师：请同学们猜想：滑块与接触面间最大静摩擦力的大小可能与哪些因素有关？
生：接触面的粗糙程度；垂直接触面的压力大小。
师：猜想是否正确需要通过什么来求证？应该采用什么样的研究方法？
生：实验探究，最大静摩擦力可能与多个因素有关，采用控制变量法。
合作探究2 全班各小组根据探究任务分成两类，一类小组桌上放有钩码，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（在滑块上放钩码可增加滑块对接触面的压力）；另一类小组桌上有毛巾，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（改变粗糙程度可在木板表面铺上毛巾，滑块在毛巾上拉动）。
学生合作探究，讨论交流，之后请小组代表分别汇报探究结论。
生：概括实验结论得出最大静摩擦力的特点：（1）对于同一接触面，压力越大（接触面相互压得越紧），最大静摩擦力越大；（2）对于相同大小的压力，接触面比较粗糙时（接触面越凹凸不平），最大静摩擦力较大；（3）最大静摩擦力稍大于滑动摩擦力。
点评 通过教师演示，让学生自己归纳出静摩擦力大小随“势”而变，并发现接触面存在最大静摩擦力，接着让学生通过合作探究，概括出最大静摩擦力的大小测量方法及其相关因素。整个过程学生积极参与问题思考、实验设计、合作探究、讨论交流，课堂热情高涨。
环节六 趣味比赛——直尺拔河
趣味比赛 下面请同组同学进行一场PK，大家拿起桌上的直尺进行“拔河”。如图7所示，比赛时双方将食指与中指伸直后夹住直尺，其余手指并拢，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。
学生摩拳擦掌，开始PK。
师：看谁能赢得比赛，并想想取胜或失利的原因是什么？
环节七 概念辨析——深化理解
概念辨析 请同学们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）一位小孩推箱子却没有推动，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。
环节八 问题分析——学以致用
问题分析 如图8所示，将磁性黑板擦放在黑板上处于静止状态：（1）它为什么能静止在黑板上而不掉下？（2）磁性黑板擦重力G为1 N，磁力
为3 N，求摩擦力f多大？（3）若磁力
为5 N，则摩擦力f更大、更小还是一样？
点评 在六、七、八这三个环节中，通过引导学生从物理走向生活，使学生对静摩擦力的理解能更清晰、更深刻，更全面地把握它的内涵和外延，促进静摩擦力概念建构的达成和内化。
小结及课后作业略，板书设计如下：
三、案例评析
本节课从静摩擦力概念的几个维度为主线展开教学，通过上述八个教学环节引导学生观察思考、分析归纳、体验探究、辨析应用，整个课堂教学过程清晰流畅、逻辑结构严谨、教学语言精炼、环节处理细腻、教学效果良好。学生在学习过程中的外在表现和内在思维使课堂呈现出动静有序、积极参与、学情高涨的学习氛围。
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。通过情景创设、问题思维、实验探究、合作学习等手段有效地突破了静摩擦力教学的重点和难点——静摩擦力的产生、方向和大小，并且艺术地概括出了其本质特征：静摩擦力产生——应“势”而生；静摩擦力方向——逆“势”而为；静摩擦力大小——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，还激发了学生学习物理的兴趣，提高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。