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【摘要】沪科版八年级物理教科书第六章第五节摩擦力中，探究影响滑动摩擦力大小因素的实验明显存在不足之处。由于滑动摩擦力小于最大静摩擦力，控制滑块做匀速运动比较困难[1]，另外滑动摩擦力较小，弹簧测力计的示数不明显。本文将主要从两个方面去完善此实验的不足，以求取得良好的实验效果。
【关键词】匀速拉动 橡皮筋 电动机 力传感器
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）22-0171-02
义务教育阶段的物理课程内容设置与生活联系紧密，充分体现了物理知识来源于生活，从生活走向物理。这一阶段的学生擅长形象思维，抽象能力有限，因此物理实验在义务教育阶段扮演着重要的角色。另一方面，物理知识建立在实验的基础之上，通过实验传递物理知识才是最为有效的途径。物理实验可以传递物理知识，但绝不是仅仅传递知识。物理实验过程中包含的对学生能力的培养是我们不能忽略的，即问题意识、探究合作的能力、分析问题的能力、设计实验的能力、处理数据的能力等。
沪科版物理教科书的编排符合物理的学习规律，介绍了许多物理探究实验。但是一些探究实验不够严谨，实验的设计或过程存在着不足之处。本文将以沪科版八年级物理教科书第六章第五节摩擦力为例，对探究实验进行适当的优化。
1.教科书中的实验安排
教科书按照以下的实验操作进行探究滑动摩擦力大小的影响因素：
a.如图1，用弹簧测力计水平拉动木块在较光滑的木板上匀速滑动；
b.把图1中较光滑的木板换成一较粗糙的木板，用弹簧测力计拉动木块在较粗糙的木板上匀速滑动；
c.把图1中较光滑的木板取走，用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动；
d.如图2中在木块上加一重物，用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动；
把每次實验的条件和弹簧测力计的示数记录在表格中。
教科书中的实验分别从接触面的粗糙程度和物体与接触面的压力两个因素去研究滑动摩擦力大小的影响因素，而在猜想与假设时影响因素不止两个，还有接触面的大小、物体运动的速度、运动方向等。所以此实验的探究过程并不完善，不能把猜想的几个因素都进行实验。在实验时，要求能够匀速拉动木块，为了运用二力平衡的知识把木块受到的摩擦力用拉力来表示。但是，匀速拉动的要求较高，不易达到。另外，此实验的滑动摩擦力可能会较小，那么弹簧测力计的示数也会较小，实验现象不明显，不易观察。因此，教科书中的实验设计存在很大的不足，本文将在此实验的基础上加以优化，以达到更好的实验效果。
2.实验的优化措施及优点
笔者就沪科版教材中此实验的不足提出几点优化措施。
优化措施一：如图3、图5，为了能够探究接触面积大小对滑动摩擦力的影响，在选择木块时应选择长宽高均不同的长方体，这样物体会有三个表面积不同的接触面积，只需转动一下木块就能够进行探究。
优化措施二：如图4，实验器材增加一块玻璃。玻璃表面比桌面更光滑，此实验一个比较重要的影响因素就是接触面的粗糙程度，教科书中的实验仅用桌面和木板，实验数据会偏少，因此增加一块玻璃十分有必要，而且实验器材也十分容易获取。
优化措施三：教科书中的实验，由于滑动摩擦力不大，弹簧测力计的示数可能会较小，那么实验现象将不明显或者数据存在较大的误差。因此，笔者试图让学生自己利用橡皮筋制作一简易弹簧测力计用于测量滑动摩擦力。简易弹簧测力计的制作也十分简单，教科书中在本节最后的实践与总结这一栏目中就给出了一实践活动，给出了简易弹簧测力计的制作方法。用橡皮筋去代替弹簧，优点就是橡皮筋的劲度系数较小，能够把较小的滑动摩擦力测量出来。另外，此实验只是定性的探究滑动摩擦力大小的影响因素，只需比较橡皮筋的伸长程度即可比较滑动摩擦力的大小。
优化措施四：如图3、图4、图5，用电动机拉动木块[2]。原实验是用手直接拉动木块，而实验又要求匀速拉动，直接用手是很难做到的。用电动机拉动，速度近似均匀，还可以通过改变电流的大小来改变拉动的速度，就能进一步探究速度大小对滑动摩擦力的影响。
优化措施五：本实验的重点是测量不同情况下滑动摩擦力的大小，而不管是弹簧测力计或自制测力计测量时可能示数不大，这样会导致误差较大，不利于测量。随着科技的发展和国家对教育的投入，新一代的实验器材开始进入中学物理课堂，其中最为代表的就是传感器。它能较为精确的测量一些物理量。我们可以利用传感器和计算机对此实验进行优化设计[3]。因此，笔者试图用力学传感器去测量本实验中的滑动摩擦力。按照下图所示进行实验：
笔者的优化措施与沪科版教科书中的实验原理是相同的，不同的是不用弹簧测力计测量力的大小。将力传感器固定在木块上面，用尼龙绳拉动传感器，木块也随之运动，力传感器将受力情况输入计算机，拉动木块时，保持匀速直线运动。将接触面换成木板、玻璃板等，并改变木块与接触面之间的压力，进行多次实验，绘制出F-t的图像，当拉力基本保持不变时，摩擦力的大小就等于拉力，分析图像得出结论。
3.探究实验的实施建议
基于此实验的优化方案，教师在进行本节教学时可以采用以下的实验方案：
探究活动：探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？
提出问题：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？
猜想与假设：学生基于生活经验，进行合理的猜想。可能影响滑动摩擦力的因素有：（1）接触面的粗糙程度；（2）接触面的大小；（3）物体运动的速度；（4）物体与接触面间的压力；（5）物体运动的方向。
制定计划：由于实验中要比较滑动摩擦力的大小，实验之前让学生自制弹簧测力计。这也是教科书中的一个实践活动，我们在进行实验探究时，如果能够用实践活动中的作品，可以激发学生对本实验乃至物理的学习兴趣，另外也可以对教科书中的实践活动产生一个推动作用。将实践活动应用于我们的物理课堂，也能增强教师对实践活动这一栏目的认识，有助于开发教科书中的资源。 实验器材：长宽高不同的木块、自制测力计、细线、木板、玻璃板、三个质量分别为10g、20g、50g的重物、桌子、电动机、电源、滑动变阻器、开关和导线。
设计实验：采用控制变量法探究学生的几个猜想。按照图2-1、图2-2、图2-3组装实验器材。
（1）探究接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响。将木块分别平放在木板、玻璃板、桌面上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（2）探究物体与接触面间的压力对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，分别放上质量不同的重物，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（3）探究接触面的大小对滑动摩擦力的影响。将木块分别平放在平放、侧放、竖放在木板上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（4）探究物体运动的速度对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，闭合开关拉动木块，移动滑动变阻器的滑片，使木块以不同的速度运动，记下测力计标记移动的距离；
（5）探究物体运动方向对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；将电动机位置换至桌面的另一端，再次拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
进行实验与收集证据：把实验的条件和测力计标记移动的距离记录在表格中。
分析与论证：通过实验数据，学生总结实验结论，得出滑动摩擦力的影响因素，小组间互相交流，最终得出实验结论。
4.对本实验内容的安排建议
我们纵观本实验的内容安排，包括其他版本的教科书，本实验的原理都是二力平衡。但是像沪科版和沪粤版都是将探究滑动摩擦力作为一节内容安排在“力和机械”、“熟悉而陌生的力”这一章中，编者的目的应该是想在这一章中介绍生活中的几种力，毕竟这一章就是让学生认识力。而摩擦力就是生活中常见的力，放在本章似乎是无可厚非。然而，摩擦力确实需要以探究实验的形式进行展开，这样二力平衡就绕不过去，毕竟我们不能直接测量出摩擦力，这个内容在本章是没有介绍的，学生没有这个学前经验，学生产生疑问是正常的，而教师也没有更好的解释。关于这一点，人教版的教科书安排的比较合理。既然本实验要用到二力平衡，那么就把它安排在二力平衡之后，像人教版那样安排。几个版本的教科书在这一章之后的内容都是力和运动，二力平衡的内容也在本章出现了，滑动摩擦力既包含了运动又有力，安排在这一节再合适不过了。这样，探究滑动摩擦力的实验原理不言而喻了，学生不會再产生困惑。
5.结语
义务教育阶段的物理课堂应该是充满生机的，不能只是知识的传授。物理不能脱离实验而存在，当然物理课堂也是。初中阶段的学生更擅长观察现象，所以将物理知识寄于物理实验更有现实意义。初中阶段的物理实验应该尽量操作简单、现象明显，学生能够很容易操作，很快得出实验结论，在这一过程中不仅学到了知识，而且动手能力、分析能力都能够有很大的提升，有助于对学生核心素养的培养。因此，优化、开发出更多的现象明显，操作简单的物理实验应是我们每个物理教师的必修课。
参考文献：
[1]杨小华.摩擦力实验装置的改进[J].物理通报，1999（04）：41-42.
[2]孙丰富，朱召友.“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验改进[J].物理教师，2014（06）：36+38.
[3]章强，庞惠华.“摩擦力”实验设计的改进[J].物理教师，2012（11）：39-40+42.
作者简介：
刘文彬（1991-），男，汉族，安徽淮北人，安徽师范大学物理学科教学硕士研究生，研究方向：初中物理演示实验的优化。
【关键词】匀速拉动 橡皮筋 电动机 力传感器
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）22-0171-02
义务教育阶段的物理课程内容设置与生活联系紧密，充分体现了物理知识来源于生活，从生活走向物理。这一阶段的学生擅长形象思维，抽象能力有限，因此物理实验在义务教育阶段扮演着重要的角色。另一方面，物理知识建立在实验的基础之上，通过实验传递物理知识才是最为有效的途径。物理实验可以传递物理知识，但绝不是仅仅传递知识。物理实验过程中包含的对学生能力的培养是我们不能忽略的，即问题意识、探究合作的能力、分析问题的能力、设计实验的能力、处理数据的能力等。
沪科版物理教科书的编排符合物理的学习规律，介绍了许多物理探究实验。但是一些探究实验不够严谨，实验的设计或过程存在着不足之处。本文将以沪科版八年级物理教科书第六章第五节摩擦力为例，对探究实验进行适当的优化。
1.教科书中的实验安排
教科书按照以下的实验操作进行探究滑动摩擦力大小的影响因素：
a.如图1，用弹簧测力计水平拉动木块在较光滑的木板上匀速滑动；
b.把图1中较光滑的木板换成一较粗糙的木板，用弹簧测力计拉动木块在较粗糙的木板上匀速滑动；
c.把图1中较光滑的木板取走，用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动；
d.如图2中在木块上加一重物，用弹簧测力计水平拉动木块在桌面上匀速滑动；
把每次實验的条件和弹簧测力计的示数记录在表格中。
教科书中的实验分别从接触面的粗糙程度和物体与接触面的压力两个因素去研究滑动摩擦力大小的影响因素，而在猜想与假设时影响因素不止两个，还有接触面的大小、物体运动的速度、运动方向等。所以此实验的探究过程并不完善，不能把猜想的几个因素都进行实验。在实验时，要求能够匀速拉动木块，为了运用二力平衡的知识把木块受到的摩擦力用拉力来表示。但是，匀速拉动的要求较高，不易达到。另外，此实验的滑动摩擦力可能会较小，那么弹簧测力计的示数也会较小，实验现象不明显，不易观察。因此，教科书中的实验设计存在很大的不足，本文将在此实验的基础上加以优化，以达到更好的实验效果。
2.实验的优化措施及优点
笔者就沪科版教材中此实验的不足提出几点优化措施。
优化措施一：如图3、图5，为了能够探究接触面积大小对滑动摩擦力的影响，在选择木块时应选择长宽高均不同的长方体，这样物体会有三个表面积不同的接触面积，只需转动一下木块就能够进行探究。
优化措施二：如图4，实验器材增加一块玻璃。玻璃表面比桌面更光滑，此实验一个比较重要的影响因素就是接触面的粗糙程度，教科书中的实验仅用桌面和木板，实验数据会偏少，因此增加一块玻璃十分有必要，而且实验器材也十分容易获取。
优化措施三：教科书中的实验，由于滑动摩擦力不大，弹簧测力计的示数可能会较小，那么实验现象将不明显或者数据存在较大的误差。因此，笔者试图让学生自己利用橡皮筋制作一简易弹簧测力计用于测量滑动摩擦力。简易弹簧测力计的制作也十分简单，教科书中在本节最后的实践与总结这一栏目中就给出了一实践活动，给出了简易弹簧测力计的制作方法。用橡皮筋去代替弹簧，优点就是橡皮筋的劲度系数较小，能够把较小的滑动摩擦力测量出来。另外，此实验只是定性的探究滑动摩擦力大小的影响因素，只需比较橡皮筋的伸长程度即可比较滑动摩擦力的大小。
优化措施四：如图3、图4、图5，用电动机拉动木块[2]。原实验是用手直接拉动木块，而实验又要求匀速拉动，直接用手是很难做到的。用电动机拉动，速度近似均匀，还可以通过改变电流的大小来改变拉动的速度，就能进一步探究速度大小对滑动摩擦力的影响。
优化措施五：本实验的重点是测量不同情况下滑动摩擦力的大小，而不管是弹簧测力计或自制测力计测量时可能示数不大，这样会导致误差较大，不利于测量。随着科技的发展和国家对教育的投入，新一代的实验器材开始进入中学物理课堂，其中最为代表的就是传感器。它能较为精确的测量一些物理量。我们可以利用传感器和计算机对此实验进行优化设计[3]。因此，笔者试图用力学传感器去测量本实验中的滑动摩擦力。按照下图所示进行实验：
笔者的优化措施与沪科版教科书中的实验原理是相同的，不同的是不用弹簧测力计测量力的大小。将力传感器固定在木块上面，用尼龙绳拉动传感器，木块也随之运动，力传感器将受力情况输入计算机，拉动木块时，保持匀速直线运动。将接触面换成木板、玻璃板等，并改变木块与接触面之间的压力，进行多次实验，绘制出F-t的图像，当拉力基本保持不变时，摩擦力的大小就等于拉力，分析图像得出结论。
3.探究实验的实施建议
基于此实验的优化方案，教师在进行本节教学时可以采用以下的实验方案：
探究活动：探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？
提出问题：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？
猜想与假设：学生基于生活经验，进行合理的猜想。可能影响滑动摩擦力的因素有：（1）接触面的粗糙程度；（2）接触面的大小；（3）物体运动的速度；（4）物体与接触面间的压力；（5）物体运动的方向。
制定计划：由于实验中要比较滑动摩擦力的大小，实验之前让学生自制弹簧测力计。这也是教科书中的一个实践活动，我们在进行实验探究时，如果能够用实践活动中的作品，可以激发学生对本实验乃至物理的学习兴趣，另外也可以对教科书中的实践活动产生一个推动作用。将实践活动应用于我们的物理课堂，也能增强教师对实践活动这一栏目的认识，有助于开发教科书中的资源。 实验器材：长宽高不同的木块、自制测力计、细线、木板、玻璃板、三个质量分别为10g、20g、50g的重物、桌子、电动机、电源、滑动变阻器、开关和导线。
设计实验：采用控制变量法探究学生的几个猜想。按照图2-1、图2-2、图2-3组装实验器材。
（1）探究接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响。将木块分别平放在木板、玻璃板、桌面上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（2）探究物体与接触面间的压力对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，分别放上质量不同的重物，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（3）探究接触面的大小对滑动摩擦力的影响。将木块分别平放在平放、侧放、竖放在木板上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
（4）探究物体运动的速度对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，闭合开关拉动木块，移动滑动变阻器的滑片，使木块以不同的速度运动，记下测力计标记移动的距离；
（5）探究物体运动方向对滑动摩擦力的影响。将木块平放在玻璃板上，闭合开关拉动木块，记下测力计标记移动的距离；将电动机位置换至桌面的另一端，再次拉动木块，记下测力计标记移动的距离；
进行实验与收集证据：把实验的条件和测力计标记移动的距离记录在表格中。
分析与论证：通过实验数据，学生总结实验结论，得出滑动摩擦力的影响因素，小组间互相交流，最终得出实验结论。
4.对本实验内容的安排建议
我们纵观本实验的内容安排，包括其他版本的教科书，本实验的原理都是二力平衡。但是像沪科版和沪粤版都是将探究滑动摩擦力作为一节内容安排在“力和机械”、“熟悉而陌生的力”这一章中，编者的目的应该是想在这一章中介绍生活中的几种力，毕竟这一章就是让学生认识力。而摩擦力就是生活中常见的力，放在本章似乎是无可厚非。然而，摩擦力确实需要以探究实验的形式进行展开，这样二力平衡就绕不过去，毕竟我们不能直接测量出摩擦力，这个内容在本章是没有介绍的，学生没有这个学前经验，学生产生疑问是正常的，而教师也没有更好的解释。关于这一点，人教版的教科书安排的比较合理。既然本实验要用到二力平衡，那么就把它安排在二力平衡之后，像人教版那样安排。几个版本的教科书在这一章之后的内容都是力和运动，二力平衡的内容也在本章出现了，滑动摩擦力既包含了运动又有力，安排在这一节再合适不过了。这样，探究滑动摩擦力的实验原理不言而喻了，学生不會再产生困惑。
5.结语
义务教育阶段的物理课堂应该是充满生机的，不能只是知识的传授。物理不能脱离实验而存在，当然物理课堂也是。初中阶段的学生更擅长观察现象，所以将物理知识寄于物理实验更有现实意义。初中阶段的物理实验应该尽量操作简单、现象明显，学生能够很容易操作，很快得出实验结论，在这一过程中不仅学到了知识，而且动手能力、分析能力都能够有很大的提升，有助于对学生核心素养的培养。因此，优化、开发出更多的现象明显，操作简单的物理实验应是我们每个物理教师的必修课。
参考文献：
[1]杨小华.摩擦力实验装置的改进[J].物理通报，1999（04）：41-42.
[2]孙丰富，朱召友.“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验改进[J].物理教师，2014（06）：36+38.
[3]章强，庞惠华.“摩擦力”实验设计的改进[J].物理教师，2012（11）：39-40+42.
作者简介：
刘文彬（1991-），男，汉族，安徽淮北人，安徽师范大学物理学科教学硕士研究生，研究方向：初中物理演示实验的优化。