高中物理“滑動摩擦力”高端備課探究

摘? ?要：高中物理是一門十分關(guān)鍵的理科類學(xué)科，它對學(xué)生的思想發(fā)展和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)起到了很大的影響。指導(dǎo)學(xué)生掌握基本的理論知識的同時(shí)，要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，提高自己的動手能力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和思維方式等多個(gè)方面的綜合能力。

關(guān)鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；物理教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）9-0026-4

收稿日期：2023-05-29

作者簡介：余勝強(qiáng)（1981-），男，中學(xué)一級教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。物理學(xué)科核心素養(yǎng)是在知識快速增長的信息化時(shí)代，在面對錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)生活場景時(shí)，個(gè)人可以及時(shí)并且有意識地從物理角度去認(rèn)識事物、解決問題，并將腦海中所學(xué)過的物理知識、物理觀念、物理方法、物理思維等在解決現(xiàn)實(shí)問題時(shí)所展現(xiàn)出來的重要能力和必備品質(zhì)。在課堂教學(xué)中，為了提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，老師除了要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的理論知識之外，還要使其深刻理解這一學(xué)科的本質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

1? ? 教材分析

“滑動摩擦力”是人教版新教材物理必修第一冊第三章第二節(jié)的內(nèi)容。教材通過真實(shí)物理情境的創(chuàng)設(shè)，探究滑動摩擦力的規(guī)律，了解生產(chǎn)生活中對滑動摩擦力的調(diào)控方法。對于滑動摩擦力，首先讓學(xué)生定性地感受影響滑動摩擦力的因素，然后定量地探究滑動摩擦力跟接觸面間壓力的關(guān)系，很好地體現(xiàn)新教材讓學(xué)生在體驗(yàn)知識的形成與發(fā)展過程中主動獲取知識的理念。在通過實(shí)驗(yàn)和體驗(yàn)得出滑動摩擦力的有關(guān)知識后，注重引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識去分析解釋生產(chǎn)生活中的滑動摩擦現(xiàn)象，并能運(yùn)用這些知識解決實(shí)際生活中遇到的問題。

2? ? 教學(xué)策略

創(chuàng)設(shè)情境，啟發(fā)式教學(xué)，引起學(xué)生興趣，將學(xué)生帶入滑動摩擦力的探究中。設(shè)置問題串，層層推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)。將生活中的場景引入課堂，讓學(xué)生有身臨其境的體驗(yàn)。通過自制教具，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，分散難點(diǎn)，使學(xué)生層層理解和接受，體現(xiàn)教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的新課程理念。在物理教學(xué)中，教師將物理學(xué)習(xí)情境化、體驗(yàn)化、實(shí)驗(yàn)化，讓學(xué)生在情境中感知，在體驗(yàn)中領(lǐng)悟，在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)知，幫助學(xué)生輕松有效地全面掌握物理概念及其內(nèi)涵，將物理概念融入到全方位立體網(wǎng)絡(luò)中，從而幫助學(xué)生建立起一個(gè)科學(xué)的物理觀念，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這些理念來理解自然現(xiàn)象和解決生產(chǎn)生活中的現(xiàn)實(shí)問題，從而提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3? ? 教學(xué)過程

3.1? ? 活動體驗(yàn)，引入新課

情境體驗(yàn)：將一鍋水放在電磁爐上，用力旋轉(zhuǎn)鍋蓋上的圓形把手（圖1）。先請一位男生上臺轉(zhuǎn)動鍋蓋，鍋蓋較難轉(zhuǎn)動。加大電磁爐的火力，將鍋里的水燒開至沸騰，請一位女生轉(zhuǎn)動鍋蓋，女生可以輕易地將鍋蓋轉(zhuǎn)動好幾圈。教師提問，為什么女生可以輕易地轉(zhuǎn)動鍋蓋？情境中有什么奧秘？

設(shè)計(jì)意圖：將生活中的現(xiàn)象引入課堂，讓學(xué)生參與其中，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引起懸念，啟發(fā)學(xué)生積極思考。

3.2? ? 情境體驗(yàn)，設(shè)置問題串，引導(dǎo)學(xué)生得出滑動摩擦力的定義

活動體驗(yàn)：每位學(xué)生面前都有一個(gè)毛刷，將毛刷按壓在桌面上向前推，毛刷相對桌面向前滑（圖2）。

通過問題串引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的體驗(yàn)總結(jié)滑動摩擦力的概念。問題串：①毛刷受的滑動摩擦力在哪里產(chǎn)生的？②情境中，毛刷是受力物體，施力物體是誰？③在接觸面處，毛刷受的滑動摩擦力是在什么情況下產(chǎn)生的？④在接觸面處，滑動摩擦力對毛刷相對桌面的運(yùn)動產(chǎn)生了怎樣的效果？

滑動摩擦力定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們相對滑動時(shí)，在接觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動的力，這種力叫作滑動摩擦力。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生真實(shí)觀察、感受、體驗(yàn)滑動摩擦力。讓學(xué)生學(xué)會從生活中體會發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象，從實(shí)踐中獲取知識及知識的探究方法。培養(yǎng)學(xué)生組織語言、科學(xué)表達(dá)物理知識的能力。

3.3? ? 情境展示，引導(dǎo)學(xué)生得出探究滑動摩擦力的方向

創(chuàng)設(shè)情境，將毛刷按壓在木板上保持靜止不動，沿水平方向向右抽出木板，毛刷下部發(fā)生了彎曲（圖3）。

將情境抽象成簡單的動畫示意，在PPT上演示（圖4）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)得出結(jié)論：毛刷受滑動摩擦力的方向與相對運(yùn)動方向相反（表1）。

滑動摩擦力的方向：滑動摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體相對運(yùn)動的方向相反。

設(shè)計(jì)意圖：滑動摩擦力的方向是本節(jié)的難點(diǎn)，通過實(shí)際情境直觀形象地展示，讓學(xué)生直觀觀察到滑動摩擦力的方向。教師主導(dǎo)，學(xué)生主體，學(xué)生通過合作交流，自主得出結(jié)論，可以培養(yǎng)他們思考分析問題的能力和團(tuán)結(jié)合作的精神。

3.4? ? 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出產(chǎn)生滑動摩擦力的條件及影響滑動摩擦力大小的因素

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)初中經(jīng)驗(yàn)和活動體驗(yàn)總結(jié)得出產(chǎn)生滑動摩擦力的條件。產(chǎn)生滑動摩擦力的條件：①兩個(gè)物體相互接觸并且擠壓（彈力）；②兩個(gè)物體間的接觸面粗糙；③兩個(gè)物體間發(fā)生相對運(yùn)動。

活動體驗(yàn)：制作一塊木板，一面粗糙，一面相對光滑。兩個(gè)學(xué)生上臺，其中一個(gè)學(xué)生用手緊握住木板，抵在胸前不動。另一個(gè)學(xué)生用兩手夾住木板向前推，感受木板兩面給手的滑動摩擦力的大?。▓D5），學(xué)生分享自己體驗(yàn)。讓學(xué)生用手輕按木板向前推，再用力按木板向前推，感受兩次滑動摩擦力的大小。引導(dǎo)學(xué)生分析影響滑動摩擦力大小的因素：①接觸面的粗糙程度；②接觸面的正壓力。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生大膽猜想；培養(yǎng)學(xué)生多角度思考、交流問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)理論和實(shí)際歸納總結(jié)的能力。

3.5? ? 實(shí)驗(yàn)探究滑動摩擦力的定量表達(dá)式

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并描述實(shí)驗(yàn)過程。用彈簧秤拉動木塊勻速運(yùn)動，根據(jù)二力平衡，滑動摩擦力的大小可以用彈簧秤的示數(shù)表示。用天平稱出木塊的質(zhì)量，根據(jù)G=mg計(jì)算木塊重力，木塊對桌面壓力的大小等于木塊所受重力的大小。在木塊上放不同數(shù)量的鉤碼，可以改變接觸面處的壓力大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測出不同壓力大小對應(yīng)的滑動摩擦力大?。▓D6）。記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。

教師提出問題，學(xué)生分析此方案的不足：彈簧秤運(yùn)動時(shí)不便讀數(shù)；用手很難控制勻速拉動。

引導(dǎo)學(xué)生提出改進(jìn)方向：可以將彈簧秤由運(yùn)動變?yōu)殪o止，根據(jù)初中所學(xué)，木塊運(yùn)動滿足二力平衡，木塊靜止也滿足二力平衡，可以將木塊靜止替代運(yùn)動。

教師講解實(shí)驗(yàn)方案，將彈簧秤豎直固定在鐵架臺上，便于讀數(shù)。將末端裝有定滑輪的木板放在彈簧秤的下方，滑輪在彈簧秤掛鉤的正下方，在其上再放一個(gè)薄木板，將研究對象（木塊）放在薄木板上。用細(xì)繩通過定滑輪將木塊與彈簧秤下面的掛鉤相連，保證細(xì)線豎直部分和掛鉤在同一豎直線上，保持水平細(xì)線和薄木板平行。水平拉動薄木板時(shí)，穩(wěn)定后，木塊靜止，由二力平衡可知，木塊受到的滑動摩擦力大小可以用彈簧秤示數(shù)表示。通過在木塊上放不同數(shù)量的鉤碼改變壓力大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測出對應(yīng)的滑動摩擦力的大小，靜止平衡相對容易實(shí)現(xiàn)（圖7）。

請三個(gè)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)。接觸面的材料是木—木，一個(gè)學(xué)生拉薄木板，一個(gè)學(xué)生控制細(xì)繩不能脫離定滑輪，一個(gè)學(xué)生在表格中記錄數(shù)據(jù)。改變接觸面的材質(zhì)，將一條毛巾鋪在薄木板上，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。全程手機(jī)投屏，全體學(xué)生一起讀數(shù)，記錄的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

學(xué)生把數(shù)據(jù)輸入Excel，在Excel表格中處理數(shù)據(jù)（圖8）。

學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，接觸面處的材質(zhì)和粗糙程度不同，越粗糙，斜率K越大，說明K是反映接觸面材料和粗糙程度的物理量。

教師總結(jié)，K是反映接觸面材料和粗糙程度的物理量，把K叫作動摩擦因數(shù)，用符號μ表示。所以，可以得到滑動摩擦力的表達(dá)式Ff=μF。其中，F(xiàn)是接觸面處的壓力，與支持力的大小相等；μ是動摩擦因數(shù)，沒有單位，大小跟兩接觸面的材料及接觸面粗糙程度有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，手機(jī)投屏，全班一起參與。調(diào)動學(xué)生積極參與，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力，讓學(xué)生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)探究在物理中的重要地位；培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄烤?，讓學(xué)生認(rèn)識到理論與實(shí)驗(yàn)相互印證的重要性；培養(yǎng)學(xué)生合作交流學(xué)習(xí)的良好品質(zhì)；利用探究實(shí)驗(yàn)和科學(xué)分析數(shù)據(jù)的方法得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的方法，同時(shí)體現(xiàn)物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。

3.6? ? 前后呼應(yīng)，課堂升華

學(xué)生分析課前的情境，水沸騰時(shí)，蒸汽上升，鍋蓋受到向上的一個(gè)作用力，鍋蓋對鍋的壓力減小了，接觸面處的滑動摩擦力變小。水沸騰，向外濺，在鍋蓋與鍋之間有水，起到了潤滑作用。教師小結(jié)，通過磁懸浮列車、磁懸浮汽車等技術(shù)的發(fā)展，向?qū)W生展示我們國家在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

設(shè)計(jì)意圖：通過具體事例將知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)際，讓學(xué)生體會物理知識的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的態(tài)度與價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和愛國情懷。

4? ? 結(jié)? ?論

物理的核心素養(yǎng)對學(xué)生將來的成長和發(fā)展有著極其重大的影響。但是，因?yàn)檫@一課程的難度相對較大，老師們需要科學(xué)合理地將物理核心素養(yǎng)滲透在教學(xué)過程中。老師們可以在核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)物理學(xué)科的趣味性、探究性、體驗(yàn)性、實(shí)用性，體現(xiàn)物理學(xué)科的特點(diǎn)，調(diào)動起學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中的積極性，以此來提升課堂的教學(xué)質(zhì)量和效率，最終實(shí)現(xiàn)我們的教育目的，更好地體現(xiàn)出物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 劉? ?榮）