“探究摩擦力”

李婭

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（project-based learning，PBL）是一種圍繞項(xiàng)目組織學(xué)習(xí)的一種模式。學(xué)生以小組為單位圍繞某主題，利用各種認(rèn)知工具進(jìn)行調(diào)查、資料搜集、分析研究，最終展示自己的研究成果。在動(dòng)手實(shí)踐、思考內(nèi)化和探索創(chuàng)新之中掌握知識、培養(yǎng)技能并獲得全面發(fā)展。旨在把學(xué)生融入有意義的任務(wù)完成的過程中，讓學(xué)生積極地學(xué)習(xí)、自主地進(jìn)行知識的建構(gòu)。

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目背景

在日常生活中，摩擦力扮演了一個(gè)很重要的角色，當(dāng)太陽點(diǎn)亮一個(gè)新的黎明，我們睜開雙眼時(shí)，眼球和眼皮已經(jīng)完成了一天的第一次摩擦，接下來，穿衣、洗漱、吃飯、學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)等都離不開摩擦力，沒有摩擦力我們將無法合上雙眼酣然入夢。摩擦力滲透在我們的衣、食、住、行中，因此，我們必須觀察它，研究它。

通過初中的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)定性的知道摩擦力與物體的正壓力、接觸面的材料有關(guān)，但思維中仍然有困惑，例如：物體的速度越大，摩擦力越大;接觸面積越大，摩擦力越大等。并且普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)“要求通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識滑動(dòng)摩擦、靜摩擦的規(guī)律，能用動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算摩擦力，建議調(diào)查日常生活和生產(chǎn)中利用靜摩擦的事例?！币虼舜_定“探究摩擦力”為項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.學(xué)生分組

學(xué)生以“志同道合”為原則自行分組，找到自己感興趣的“子項(xiàng)目”作為任務(wù)，并定下計(jì)劃。

二、項(xiàng)目實(shí)施

1.教師創(chuàng)設(shè)情境，介紹項(xiàng)目

教師演示：一細(xì)線穿過彎曲的吸管和紙杯，其中吸管在紙杯內(nèi)部（如右圖），細(xì)線兩端分別拴一輕木球和一重鐵球。當(dāng)用手提起鐵球讓木球自然下垂時(shí)，紙杯可沿細(xì)線自由地下滑，如果手換成提木球而讓鐵球自然下垂，此時(shí)，可以看到紙杯將停止沿細(xì)線自由下滑。

（注意：實(shí)驗(yàn)演示時(shí)將紙杯換成一個(gè)密閉的紙筒，以魔術(shù)的形式出現(xiàn)，趁學(xué)生不注意將兩球倒置，產(chǎn)生不同的效果，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的興趣使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。）

要弄清楚其中的道理，我們以“探究摩擦力”為項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.學(xué)生活動(dòng)

學(xué)生根據(jù)自己負(fù)責(zé)的子任務(wù)開始具體的設(shè)計(jì)。這一環(huán)節(jié)學(xué)生之間需要合作、溝通。這一環(huán)節(jié)工作量最大，吸引力也最強(qiáng)，學(xué)生遇到問題時(shí)可以向其他小組請教，或者直接向教師尋求幫助。這個(gè)階段，學(xué)生利用研究性學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行探究，教師適及時(shí)與各組交流，分析實(shí)驗(yàn)方案，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作。

3.成果展示

各小組把自己成果以小論文、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課題報(bào)告等形式共享到班級論壇。教師根據(jù)教學(xué)選取三個(gè)小組分享。其他小組的成果以研究性學(xué)習(xí)報(bào)告的形式展示。

（1）展示一：滑動(dòng)摩擦力與物體接觸面積的關(guān)系

步驟：質(zhì)量為m滑塊底面的1/3與課本接觸，用一個(gè)彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F1.

滑塊底面的1/2與課本接觸，用一個(gè)彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F2.

滑塊底面全部與課本接觸，用彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F3.

④比較F1 、F2 、F3.

⑤結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力與物體接觸面積無關(guān)。

（2）展示二：滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的速度的關(guān)系

步驟：如圖4-47所示，在長木板上用一個(gè)彈簧秤拉著一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊以速度v1勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F1=1.0N.

在長木板上用一個(gè)彈簧秤拉著一個(gè)質(zhì)量為m的木塊以速度v2（v2>v1）勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F2=0.9N.

在長木板上用一個(gè)彈簧秤拉著一個(gè)質(zhì)量為m的木塊以速度v3 （v3>v2）勻速移動(dòng)，記錄彈簧秤的示數(shù)F3=0.9N.

④比較F1 、F2 、F3.

⑤結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)。

（3）展示三：最大靜摩擦與滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系

方案一：在彈簧測力計(jì)的指針下輕塞一個(gè)小紙團(tuán)，紙團(tuán)可以隨指針移動(dòng)，并作為指針到達(dá)最大位置的標(biāo)記，當(dāng)拉力到達(dá)某一數(shù)值時(shí)木塊開始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拉力會突然變小。

方案二：用力的傳感器代替彈簧測力計(jì)。

結(jié)論：最大靜摩擦比滑動(dòng)摩擦力略大

④反思：方案一中實(shí)驗(yàn)儀器簡單，但紙團(tuán)容易卡在彈簧測力計(jì)的槽中，示數(shù)也不精確。方案二，測量雖然精確，但對儀器的要求較高，在普通高中，特別是農(nóng)村中學(xué)，根本就沒有傳感器，無法進(jìn)行方案二的實(shí)驗(yàn)。因此我對方案一進(jìn)行了小小的改進(jìn)：用紙條代替紙團(tuán)，但紙條不是隨意的紙條，紙條要求稍硬、較窄（2mm寬）、稍光滑（可以從廢棄的名片、電話卡、會員卡等剪?。?，這樣紙條不易卡在彈簧測力計(jì)的槽中，紙條光滑與測力計(jì)本身的摩擦較小，紙條窄有利于精確記錄數(shù)據(jù)。（如圖所示）

這樣的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)器材方便易取，有利于在條件較差的學(xué)校，有效的開展實(shí)驗(yàn)。

三、項(xiàng)目評估與反思

在本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇課題，研究過程非常認(rèn)真，研究成果顯著。

第一，研究“摩擦力理論分析”課題的小組，獲取了摩擦力理論的發(fā)展歷程，找到了摩擦力產(chǎn)生的學(xué)說――凹凸嚙合說和粘附說，并介紹了摩擦力的電磁相互作用，分析了固體摩擦、液體摩擦、混合摩擦等情況。

第二，研究“生活中摩擦力的利弊”課題的小組，探究了車重與剎車距離的定量關(guān)系，總結(jié)了剎車距離的影響因素，對司機(jī)提出了建議，總結(jié)了生活中的摩擦力的利與弊，并對生第三，研究“最大靜摩擦與滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系”的小組，對課本的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)踐、反思和重新設(shè)計(jì)。

第四，研究“滑動(dòng)摩擦力與物體接觸面積關(guān)系和滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)速度”的小組，解決了我們的困惑（滑動(dòng)摩擦力與物體接觸面積和物體運(yùn)動(dòng)速度均無關(guān)），對摩擦力知識進(jìn)行了總結(jié)，形成了知識系統(tǒng)。

在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生借助研究性學(xué)習(xí)的方法，通過自主探索，在實(shí)踐中建構(gòu)對新知識的認(rèn)知，并且在實(shí)踐的操作過程中鍛煉了動(dòng)手操作、創(chuàng)新能力，同時(shí)培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)，合作學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。組內(nèi)和組間的合作與交流培養(yǎng)了學(xué)生之間的合作與表達(dá)能力。教師在教學(xué)過程中及時(shí)關(guān)注學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)程，并對學(xué)生的學(xué)習(xí)做相應(yīng)的指導(dǎo)，發(fā)揮教師在教學(xué)中助學(xué)者的作用。