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“靜摩擦力”課堂教學方式探討

  • 投稿ying
  • 更新時間2016-04-26
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受力分析是解決力學問題的關鍵;受力分析時,經常遇到對靜摩擦力的分析。而靜摩擦力的大小及方向的確定是高中階段學生見到的常見力中較難的。也是高中物理教學中的重點和難點之一。為突破這個教學難點,筆者對“靜摩擦力”的課堂教學方式進行一些探討。 
  一、新課引入方式 
  1.以問題方式引入 
  提出以下問題供學生思考:(1)靜摩擦力的概念是什么?方向如何確定?表達式中關鍵字及其含義是什么?(2)受靜摩擦力作用的物體一定靜止嗎?舉例說明。(3)產生靜摩擦力的條件如何?(4)靜摩擦力有最大值嗎?它的大小如何確定? 
  通過看書和對以上問題的思考,學生粗略知道這一節課內容哪些地方難懂,上課時需要特別留心聽講,課后注意復習并有針對性地進行訓練,做到心中有數。 
  2.分析生活實例引入 
  引導學生從現實生活中找出靜摩擦力有關的例子,進行分析。 
  例如,(1)人走路時與地面之間有靜摩擦力,否則人不能向前進。(2)手握玻璃瓶子不會掉,是因為瓶子受到手對它向上的靜摩擦力的作用。(3)用水平力推桌子時,桌子為什么沒有向前運動?是因為桌子與地面有靜摩擦力的作用。通過實例分析,學生感受到靜摩擦力就在身邊,對靜摩擦力有一種親切感,消除了對此知識的陌生感。 
  二、新課教學方式 
  1.課堂實驗探究得出靜摩擦力概念、條件及方向 
  為了深入研究靜摩擦力,課前準備好實驗器材,課堂上安排學生獨立完成以下兩個探究實驗: 
  (1)毛刷實驗:將一長毛刷固定在一木塊下表面,在木塊右側裝一掛鉤;同時將砂紙鋪在桌面上,以增加摩擦力。提醒每個學生一邊實驗一邊觀察毛刷的變化情況。把木塊和毛刷一起放在砂紙上,毛刷與砂紙相接觸,用彈簧秤沿水平方向拉木塊,保持其不發生移動,同學們立即看到刷毛偏移的方向。根據力的作用效果,學生很容易分析出使刷毛發生形變的力就是靜摩擦力。學生清楚地“看到”了靜摩擦力的存在,易于理解。 
  (2)手壓桌面推拉實驗 
  學生在毛刷實驗中“看到”靜摩擦力確實存在,但感受不夠深刻。筆者接著讓學生做手壓桌面推拉實驗:把一只手放在水平桌面上用力壓桌面的同時推或拉(但要保持手與桌面相對靜止)。這時,學生就會強烈感覺到靜摩擦力的存在。并且認識到用力推(拉)手時感覺到有一個力阻礙手運動,這個力的方向跟推(拉)手的方向相反。故靜摩擦力的方向應該與接觸面相切,與物體運動趨勢方向相反。 
  這個實驗操作簡單,效果明顯,深受學生的喜愛。 
  經過實驗探究,學生對靜摩擦力的認識比較深刻。此時老師把握機會及時指導學生對這部分內容進行小結,得出靜摩擦力的概念、產生條件及方向。 
  2.利用演示實驗進行靜摩擦力大小的教學 
  請先觀察以下實驗: 
  演示1:靜止在粗糙的水平面上的物體,它的受力怎么樣? 
  結論:物體受到豎直向下的重力和豎直向上的支持力,不受靜摩擦力。 
  演示2:用彈簧秤水平慢慢拉物體,物體由靜止變為運動。指導學生仔細觀察彈簧秤示數變化:從零開始增大到某一數值之前,物體保持靜止,當彈簧秤示數等于某個值時物體開始運動;物體運動后彈簧秤數值減小一些。用不同質量物體重復上述實驗。 
  結論:用彈簧秤拉物體,物體靜止時受到的力有四個,即重力、支持力、彈簧秤對物體的拉力、靜摩擦力。其中靜摩擦力方向跟物體運動趨勢方向相反(即跟拉力的方向相反)。從二力平衡知道,當拉力增大,靜摩擦力(f靜)也增大。這說明,靜摩擦力的大小是變化的。從實驗可看出,當拉力增大到某一值,物體從原來靜止變為運動,彈簧秤讀數也隨即減小。因此靜摩擦力有最大值(fMAX)。故此,靜摩擦力的大小為0≤f靜≤fMAX。 
  三、通過案例分析方式對難點進行歸納 
  剛接觸靜摩擦力的學生往往對判斷靜摩擦力的方向感到困難,可通過對案例分析歸納出判斷靜摩擦力方向的常用方法 
  (1)假設法。我們可假設接觸面是光滑的,判斷物體將向哪個方向滑動,從而確定相對運動趨勢的方向,進而判斷出靜摩擦力的方向。 
  如圖1所示,物體A靜止在斜面B上,要判斷A所受靜摩擦力的方向,可設斜面光滑,則物體將沿斜面下滑,說明物體靜止在斜面上時有相對斜面下滑的趨勢,從而判定A所受的靜摩擦力方向沿斜面向上。 
  (2)根據物體的運動狀態判斷如圖2所示,在拉力F作用下,A、B一起在水平地面上勻速運動。對A來說,它在水平方向受到向右的拉力F而處于平衡狀態。 
  根據平衡條件知,A必然受沿A、B接觸面向左的靜摩擦力作用。A、B接觸面上,B受到向右的靜摩擦力作用。這也說明了,受靜摩擦力作用的物體不一定靜止。 
  四、通過課堂練習方式鞏固知識 
  為了鞏固這節課的基礎知識,加強對本節的重點、難點知識的訓練,精選有代表性的習題,讓學生堂上練習、交流與討論。老師隨堂觀察,物色“小先生”。待學生完成練習,請“小先生”跟同學們分析每一題的解答思路,最后由老師點評。 
  (1)皮帶運輸機把貨物由低處送到高處(貨物相對于皮帶靜止)試分析此時貨物相對于皮帶的運動趨勢方向和所受靜摩擦力的方向。 
  分析:若貨物與皮帶的接觸面是光滑的,那么當把貨物放在皮帶上時貨物將向下滑動而無法向上運動,即貨物相對皮帶的運動趨勢方向向下。由于靜摩擦力方向與物體相對運動趨勢方向相反,所以貨物受到的靜摩擦力方向沿皮帶向上。 
  (2)木塊放在水平面上,用同樣大小的外力F,先自左向右推,后自右向左推,木塊均保持靜止。問:(1)前后兩次推木塊,木塊受到的靜摩擦力是否相同?(2)若將外力F增大至10N,木塊恰能滑動,則木塊與水平面間的靜摩擦力的取值范圍是多少? 
  分析:前后兩次推木塊,木塊未能運動,說明木塊受到摩擦力的作用且大小與外力F相等,方向相反。甲圖中外力F自左向右推木塊,使木塊有一自左向的運動趨勢,而靜摩擦力的方向與運動趨勢方向相反,故應自右向左。同理,乙圖中的靜摩擦力大小等于外力F,方向應自左向右。可見,兩次以同樣大小的外力F推木塊,木塊受到的靜摩擦力大小相等,但方向相反,故前后兩次木塊受到的靜摩擦力不相同。木塊與水平面間的靜摩擦力的取值范圍是0到10N。 
  (3)如圖,位于斜面上的物塊M在沿斜面向上的力F作用下,處于靜止狀態,試分析斜面對物體的靜摩擦力方向如何? 
  設斜面光滑,物體相對斜面的運動情況有三種可能:若推力F較小,物體有沿斜面向下運動的趨勢;若推力F大小適宜,物體無滑動的趨勢,物體仍保持靜止;若推力F較大,物體有沿斜面向上運動的趨勢。因此,相應的物體與受斜面的靜摩擦力的方向也有三種可能:沿斜面向上;不受靜摩擦力;沿斜面向下。 
  實踐證明,關于“靜摩擦力”的教學,采取上述的方式,可調動學生參與課堂教學的積極性,達到教學相長的目的,取得很好的教學效果。 
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