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静摩擦力,是现实生活中最常见的力,也是高考试题中最常考的知识内容。运用实验探究静摩擦力的规律,是物理教学的基本思路,也是物理研究的常用方法。对静摩擦力进行高端备课,有助于教师在教学上有所启发,为学生在理解概念提供帮助。
一、教材分析
人民教育出版社2010年4月第3版物理1必修第三章第3节为摩擦力,是该章教学重点,也是该章教学难点。人教版教师用书把该节内容课时设置为3节,静摩擦力的课时应该为其中1节。教材首先给出摩擦力的定义:两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时,就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力,这种力叫做摩擦力。再用图1小孩推箱子图片,引导学生去体验,箱子没有推动,箱子与地面仍然保持相对静止,但箱子有相对地面运动的趋势,得出静摩擦力的概念:由于这时两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,所以这时的摩擦力叫做静摩擦力。随后直接给出静摩擦力的方向:静摩擦力的方向总是沿着接触面,并且跟物体相对运动趋势的方向相反。接着用二力平衡的知识,分析相对于地面静止的物体受到的静摩擦力随推力的增大而增大,并与推力的大小保持相等。接着观察演示实验,如图2所示,用弹簧测力计拉木块,拉力逐渐增大,木块一直保持静止,当拉力大于某个值时,木块开始运动,认真观察会发现拉力突然变小,从而得到最大静摩擦力Fmax的概念,进而得出静摩擦力的范围0﹤F≤Fmax。最后说一说,介绍日常生活和生产中的利用静摩擦力的实例,如图3。
通过以上分析,发现如下四个问题:1. 初中人教版教材没有就“摩擦”“相对运动的趋势”“静摩擦力”这三个概念作出解释,而高中必修1课中直接给出这三个概念,造成学生出现认知困难。2. 研究一个力,应该知道这个力的三要素,但教材只分析了静摩擦力的方向和大小,并没有指出静摩擦力的作用点。3. 分析静摩擦力的大小时,没有指出使用的方法——平衡法,不利于培养学生的迁移能力。4.说一说中,只列举了静摩擦力有利的一面,没有列举有弊的一面,缺乏辩证思维。
二、高端备课
由于教材存在上述问题,笔者从高端备课的视角,优化教学流程,突显科学方法,重视实验探究,关注知识应用,提倡动手制作,对“静摩擦力”进行符合物理教学规律、适合学生认知规律、适应高考试题特点、强化学生动手能力的构建,其教学流程如图4所示。
高端备课的教学流程更加注重教学逻辑的严谨性,认知规律的梯度性,有助于学生理解静摩擦力的规律,提升学生应用静摩擦力的能力。根据教学流程图,实施以下教学环节。
1. 用比较法理解摩擦的概念。教师首先用图片展示三种现象,如图5所示。第一张图片,物体B对物体A有压力,物体B相对于物体A有相对运动。第2张图片,物体B对物体A有压力,B相对于A无相对运动。第3张图片,物体B对物体A有压力,物体B相对于物体A无相对运动。第2张图片与第3张图片的物体B都处于静止状态,但是,若物体A的上表面光滑,则第2个图的物体B还是静止,而第3张图片的物体B就会沿物体A斜向下滑动。在物理学中,把第3张图片中的物体B的状态称为有相对运动趋势的状态。假设物体A的上表面光滑, 物体B沿物体A斜向下滑动的方向称为相对运动趋势的方向;把有相对运动和有相对运动趋势的状态统称为摩擦。通过这样的对比观察,学生弄清了相对运动趋势的方向,消除了头脑中对摩擦的狭义理解,为理解静摩擦力的概念、判断静摩擦力的方向理顺了思维通道,起到了分解教学难点,降低教学难度的作用。
2. 体验法感知静摩擦力的存在。要求全班学生轻推自己的课桌,虽然手对课桌有推力,但课桌保持静止,让学生感受静摩擦力的存在。设置课堂“随手实验”,学生容易参与,体验真切,使课堂充满活力,让物理知识从书本走向生活。学生有了自身的体验,再去分析静摩擦力,感受就会更深刻,理解就会更容易,符合认知规律。
3. 观察法找到静摩擦力的作用点。静摩擦力为接触力,没有接触就没有静摩擦力。通过体验手推课桌,理解静摩擦力的作用点产生在课桌和地面的接触部分。作用点虽然容易理解,但教材没有指出作用点的位置,导致静摩擦力知识体系缺乏完整性。任何一个力都有三要素,包括力的作用点、方向、大小,三个要素缺一不可,没有主次之分,研究力时都应该说清楚,切不可因为简单而不提及。
4. 平衡法得到静摩擦力的方向和大小。课桌在水平面上受到手的推力和地面对课桌的静摩擦力而保持静止,在水平面上处于平衡状态,根据二力平衡的规律,这两个力必须大小相等、方向相反,故可知静摩擦力的方向与推力的方向相反,即与相对运动趋势的方向相反,静摩擦力的大小等于推力的大小。平衡法是解决物理问题的常用方法,教师指出使用的方法,便于学生运用。
5. 实验探究:通过实验探究,发现存在最大静摩擦力,只有拉力大于最大静摩擦力时,物体才开始滑动,开始运动瞬间,拉力会突然减小,即有滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。利用控制变量法,在图2的木块上加砝码,即只增大压力,而保持接触面的粗糙程度不变,会发现最大静摩擦力随压力增大而增大。实验探究是研究物理的重要手段,也是学习物理过程中,必须养成的核心素养。
6. 辩证思维:静摩擦力本身没有好坏之分,但在生产和生活中,静摩擦力有时对人们有帮助,有时对人们有危害。教师在列举实例时,既要举出利用静摩擦力的实例,也要举出防止静摩擦力危害的实例。让学生明白,任何事物都有两面性,只有优点而没有缺点的事物是不存在的。 7. 动手制作:提供一根筷子,一个纸杯、一杯大米,要求学生用筷子把纸杯提起来。引导学生用学过的静摩擦力知识加以解释:筷子对与其接触的米粒有向上的静摩擦力,所以接触筷子的米粒没有滑下去;没有与筷子接触的米粒与米粒之间也有静摩擦力,所以整杯大米没有滑下去;与纸杯接触的大米对纸杯有向上的静摩擦力,所以纸杯没有滑下去,这样就实现了筷子提杯。学生通过动手体验,对静摩擦力的理解更深刻。
三、备课反思
1. 查阅初中教材,关注知识衔接。笔者查阅了人教版初中“摩擦力”一节,初中教材并没有给出 “相对运动趋势”的概念,而高中教材直接出现“相对运动趋势”,因此造成了学生认知困难,学生普遍反映静摩擦力方向难以判断。很多高中教师没有去查阅初中教材,被高中教材的“同学们在初中已经知道”这句话所误导,因而在高中阶段没有向学生分析相对运动趋势,因此判断静摩擦力的方向就变成了教学难点。
2. 给出摩擦概念,消除矛盾认识。在高一学生头脑中,普遍认为“摩擦”就是有“相对运动”。现在高中突然出现“静摩擦力”,其中“摩擦”是指有相对运动,而其中的“静”是指没有相对运动,显然出现“逻辑矛盾”!因此,高端备课先通过对比得出“摩擦”的概念,使学生更容易理解静摩擦力产生的条件,以及静摩擦力的方向。这样处理,符合物理教学逻辑,适应学生认知规律,降低了教学难度,突破了教学难点。
3. 实验探究规律,培养科学素养。创设实验,探究静摩擦力的大小,发现静摩擦力存在最大值,称为最大静摩擦力。既然发现了最大静摩擦力,就要更进一步探究静摩擦力的大小与什么因素有关。采用“控制变量法”,探究出最大静摩擦力随压力增大而增大的关系。通过实验探究,消除科学研究的神秘感,培养学生物理学的核心素养。
4. 显化物理方法,培养物理思维。高端备课运用比较法让学生分辨相对运动与相对运动趋势的含义,并总结出摩擦的概念,运用体验法让每一个学生去感知静摩擦力的存在,运用观察法找到静摩擦力的作用点,运用平衡法研究静摩擦力的方向和大小,运用控制变量法得出最大静摩擦力随压力的关系。教师只有指出使用的方法,才有利于学生知识和技能的迁移,从而使教学效果产生质的飞跃。
5. 强化课堂制作,培养动手能力。不少教师的课堂是物理公式的天下,缺乏课堂制作设计,学生的动手能力不断被弱化。教师在教完物理知识后,应该创设一些小制作,引导学生应用刚学的物理知识进行解释,让学生“学中有玩,玩中促学”。
责任编辑 罗 峰
一、教材分析
人民教育出版社2010年4月第3版物理1必修第三章第3节为摩擦力,是该章教学重点,也是该章教学难点。人教版教师用书把该节内容课时设置为3节,静摩擦力的课时应该为其中1节。教材首先给出摩擦力的定义:两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时,就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力,这种力叫做摩擦力。再用图1小孩推箱子图片,引导学生去体验,箱子没有推动,箱子与地面仍然保持相对静止,但箱子有相对地面运动的趋势,得出静摩擦力的概念:由于这时两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,所以这时的摩擦力叫做静摩擦力。随后直接给出静摩擦力的方向:静摩擦力的方向总是沿着接触面,并且跟物体相对运动趋势的方向相反。接着用二力平衡的知识,分析相对于地面静止的物体受到的静摩擦力随推力的增大而增大,并与推力的大小保持相等。接着观察演示实验,如图2所示,用弹簧测力计拉木块,拉力逐渐增大,木块一直保持静止,当拉力大于某个值时,木块开始运动,认真观察会发现拉力突然变小,从而得到最大静摩擦力Fmax的概念,进而得出静摩擦力的范围0﹤F≤Fmax。最后说一说,介绍日常生活和生产中的利用静摩擦力的实例,如图3。
通过以上分析,发现如下四个问题:1. 初中人教版教材没有就“摩擦”“相对运动的趋势”“静摩擦力”这三个概念作出解释,而高中必修1课中直接给出这三个概念,造成学生出现认知困难。2. 研究一个力,应该知道这个力的三要素,但教材只分析了静摩擦力的方向和大小,并没有指出静摩擦力的作用点。3. 分析静摩擦力的大小时,没有指出使用的方法——平衡法,不利于培养学生的迁移能力。4.说一说中,只列举了静摩擦力有利的一面,没有列举有弊的一面,缺乏辩证思维。
二、高端备课
由于教材存在上述问题,笔者从高端备课的视角,优化教学流程,突显科学方法,重视实验探究,关注知识应用,提倡动手制作,对“静摩擦力”进行符合物理教学规律、适合学生认知规律、适应高考试题特点、强化学生动手能力的构建,其教学流程如图4所示。
高端备课的教学流程更加注重教学逻辑的严谨性,认知规律的梯度性,有助于学生理解静摩擦力的规律,提升学生应用静摩擦力的能力。根据教学流程图,实施以下教学环节。
1. 用比较法理解摩擦的概念。教师首先用图片展示三种现象,如图5所示。第一张图片,物体B对物体A有压力,物体B相对于物体A有相对运动。第2张图片,物体B对物体A有压力,B相对于A无相对运动。第3张图片,物体B对物体A有压力,物体B相对于物体A无相对运动。第2张图片与第3张图片的物体B都处于静止状态,但是,若物体A的上表面光滑,则第2个图的物体B还是静止,而第3张图片的物体B就会沿物体A斜向下滑动。在物理学中,把第3张图片中的物体B的状态称为有相对运动趋势的状态。假设物体A的上表面光滑, 物体B沿物体A斜向下滑动的方向称为相对运动趋势的方向;把有相对运动和有相对运动趋势的状态统称为摩擦。通过这样的对比观察,学生弄清了相对运动趋势的方向,消除了头脑中对摩擦的狭义理解,为理解静摩擦力的概念、判断静摩擦力的方向理顺了思维通道,起到了分解教学难点,降低教学难度的作用。
2. 体验法感知静摩擦力的存在。要求全班学生轻推自己的课桌,虽然手对课桌有推力,但课桌保持静止,让学生感受静摩擦力的存在。设置课堂“随手实验”,学生容易参与,体验真切,使课堂充满活力,让物理知识从书本走向生活。学生有了自身的体验,再去分析静摩擦力,感受就会更深刻,理解就会更容易,符合认知规律。
3. 观察法找到静摩擦力的作用点。静摩擦力为接触力,没有接触就没有静摩擦力。通过体验手推课桌,理解静摩擦力的作用点产生在课桌和地面的接触部分。作用点虽然容易理解,但教材没有指出作用点的位置,导致静摩擦力知识体系缺乏完整性。任何一个力都有三要素,包括力的作用点、方向、大小,三个要素缺一不可,没有主次之分,研究力时都应该说清楚,切不可因为简单而不提及。
4. 平衡法得到静摩擦力的方向和大小。课桌在水平面上受到手的推力和地面对课桌的静摩擦力而保持静止,在水平面上处于平衡状态,根据二力平衡的规律,这两个力必须大小相等、方向相反,故可知静摩擦力的方向与推力的方向相反,即与相对运动趋势的方向相反,静摩擦力的大小等于推力的大小。平衡法是解决物理问题的常用方法,教师指出使用的方法,便于学生运用。
5. 实验探究:通过实验探究,发现存在最大静摩擦力,只有拉力大于最大静摩擦力时,物体才开始滑动,开始运动瞬间,拉力会突然减小,即有滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。利用控制变量法,在图2的木块上加砝码,即只增大压力,而保持接触面的粗糙程度不变,会发现最大静摩擦力随压力增大而增大。实验探究是研究物理的重要手段,也是学习物理过程中,必须养成的核心素养。
6. 辩证思维:静摩擦力本身没有好坏之分,但在生产和生活中,静摩擦力有时对人们有帮助,有时对人们有危害。教师在列举实例时,既要举出利用静摩擦力的实例,也要举出防止静摩擦力危害的实例。让学生明白,任何事物都有两面性,只有优点而没有缺点的事物是不存在的。 7. 动手制作:提供一根筷子,一个纸杯、一杯大米,要求学生用筷子把纸杯提起来。引导学生用学过的静摩擦力知识加以解释:筷子对与其接触的米粒有向上的静摩擦力,所以接触筷子的米粒没有滑下去;没有与筷子接触的米粒与米粒之间也有静摩擦力,所以整杯大米没有滑下去;与纸杯接触的大米对纸杯有向上的静摩擦力,所以纸杯没有滑下去,这样就实现了筷子提杯。学生通过动手体验,对静摩擦力的理解更深刻。
三、备课反思
1. 查阅初中教材,关注知识衔接。笔者查阅了人教版初中“摩擦力”一节,初中教材并没有给出 “相对运动趋势”的概念,而高中教材直接出现“相对运动趋势”,因此造成了学生认知困难,学生普遍反映静摩擦力方向难以判断。很多高中教师没有去查阅初中教材,被高中教材的“同学们在初中已经知道”这句话所误导,因而在高中阶段没有向学生分析相对运动趋势,因此判断静摩擦力的方向就变成了教学难点。
2. 给出摩擦概念,消除矛盾认识。在高一学生头脑中,普遍认为“摩擦”就是有“相对运动”。现在高中突然出现“静摩擦力”,其中“摩擦”是指有相对运动,而其中的“静”是指没有相对运动,显然出现“逻辑矛盾”!因此,高端备课先通过对比得出“摩擦”的概念,使学生更容易理解静摩擦力产生的条件,以及静摩擦力的方向。这样处理,符合物理教学逻辑,适应学生认知规律,降低了教学难度,突破了教学难点。
3. 实验探究规律,培养科学素养。创设实验,探究静摩擦力的大小,发现静摩擦力存在最大值,称为最大静摩擦力。既然发现了最大静摩擦力,就要更进一步探究静摩擦力的大小与什么因素有关。采用“控制变量法”,探究出最大静摩擦力随压力增大而增大的关系。通过实验探究,消除科学研究的神秘感,培养学生物理学的核心素养。
4. 显化物理方法,培养物理思维。高端备课运用比较法让学生分辨相对运动与相对运动趋势的含义,并总结出摩擦的概念,运用体验法让每一个学生去感知静摩擦力的存在,运用观察法找到静摩擦力的作用点,运用平衡法研究静摩擦力的方向和大小,运用控制变量法得出最大静摩擦力随压力的关系。教师只有指出使用的方法,才有利于学生知识和技能的迁移,从而使教学效果产生质的飞跃。
5. 强化课堂制作,培养动手能力。不少教师的课堂是物理公式的天下,缺乏课堂制作设计,学生的动手能力不断被弱化。教师在教完物理知识后,应该创设一些小制作,引导学生应用刚学的物理知识进行解释,让学生“学中有玩,玩中促学”。
责任编辑 罗 峰