靜摩擦力的高端備課

董友軍

靜摩擦力，是現(xiàn)實(shí)生活中最常見的力，也是高考試題中最常考的知識內(nèi)容。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究靜摩擦力的規(guī)律，是物理教學(xué)的基本思路，也是物理研究的常用方法。對靜摩擦力進(jìn)行高端備課，有助于教師在教學(xué)上有所啟發(fā)，為學(xué)生在理解概念提供幫助。

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節(jié)為摩擦力，是該章教學(xué)重點(diǎn)，也是該章教學(xué)難點(diǎn)。人教版教師用書把該節(jié)內(nèi)容課時(shí)設(shè)置為3節(jié)，靜摩擦力的課時(shí)應(yīng)該為其中1節(jié)。教材首先給出摩擦力的定義：兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運(yùn)動或具有相對運(yùn)動的趨勢時(shí)，就會在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的力，這種力叫做摩擦力。再用圖1小孩推箱子圖片，引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)，箱子沒有推動，箱子與地面仍然保持相對靜止，但箱子有相對地面運(yùn)動的趨勢，得出靜摩擦力的概念：由于這時(shí)兩個物體之間只有相對運(yùn)動的趨勢，而沒有相對運(yùn)動，所以這時(shí)的摩擦力叫做靜摩擦力。隨后直接給出靜摩擦力的方向：靜摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反。接著用二力平衡的知識，分析相對于地面靜止的物體受到的靜摩擦力隨推力的增大而增大，并與推力的大小保持相等。接著觀察演示實(shí)驗(yàn)，如圖2所示，用彈簧測力計(jì)拉木塊，拉力逐漸增大，木塊一直保持靜止，當(dāng)拉力大于某個值時(shí)，木塊開始運(yùn)動，認(rèn)真觀察會發(fā)現(xiàn)拉力突然變小，從而得到最大靜摩擦力Fmax的概念，進(jìn)而得出靜摩擦力的范圍0﹤F≤Fmax。最后說一說，介紹日常生活和生產(chǎn)中的利用靜摩擦力的實(shí)例，如圖3。

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)如下四個問題：1. 初中人教版教材沒有就“摩擦”“相對運(yùn)動的趨勢”“靜摩擦力”這三個概念作出解釋，而高中必修1課中直接給出這三個概念，造成學(xué)生出現(xiàn)認(rèn)知困難。2. 研究一個力，應(yīng)該知道這個力的三要素，但教材只分析了靜摩擦力的方向和大小，并沒有指出靜摩擦力的作用點(diǎn)。3. 分析靜摩擦力的大小時(shí)，沒有指出使用的方法——平衡法，不利于培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。4.說一說中，只列舉了靜摩擦力有利的一面，沒有列舉有弊的一面，缺乏辯證思維。

二、高端備課

由于教材存在上述問題，筆者從高端備課的視角，優(yōu)化教學(xué)流程，突顯科學(xué)方法，重視實(shí)驗(yàn)探究，關(guān)注知識應(yīng)用，提倡動手制作，對“靜摩擦力”進(jìn)行符合物理教學(xué)規(guī)律、適合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、適應(yīng)高考試題特點(diǎn)、強(qiáng)化學(xué)生動手能力的構(gòu)建，其教學(xué)流程如圖4所示。

高端備課的教學(xué)流程更加注重教學(xué)邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，認(rèn)知規(guī)律的梯度性，有助于學(xué)生理解靜摩擦力的規(guī)律，提升學(xué)生應(yīng)用靜摩擦力的能力。根據(jù)教學(xué)流程圖，實(shí)施以下教學(xué)環(huán)節(jié)。

1. 用比較法理解摩擦的概念。教師首先用圖片展示三種現(xiàn)象，如圖5所示。第一張圖片，物體B對物體A有壓力，物體B相對于物體A有相對運(yùn)動。第2張圖片，物體B對物體A有壓力，B相對于A無相對運(yùn)動。第3張圖片，物體B對物體A有壓力，物體B相對于物體A無相對運(yùn)動。第2張圖片與第3張圖片的物體B都處于靜止?fàn)顟B(tài)，但是，若物體A的上表面光滑，則第2個圖的物體B還是靜止，而第3張圖片的物體B就會沿物體A斜向下滑動。在物理學(xué)中，把第3張圖片中的物體B的狀態(tài)稱為有相對運(yùn)動趨勢的狀態(tài)。假設(shè)物體A的上表面光滑， 物體B沿物體A斜向下滑動的方向稱為相對運(yùn)動趨勢的方向；把有相對運(yùn)動和有相對運(yùn)動趨勢的狀態(tài)統(tǒng)稱為摩擦。通過這樣的對比觀察，學(xué)生弄清了相對運(yùn)動趨勢的方向，消除了頭腦中對摩擦的狹義理解，為理解靜摩擦力的概念、判斷靜摩擦力的方向理順了思維通道，起到了分解教學(xué)難點(diǎn)，降低教學(xué)難度的作用。

2. 體驗(yàn)法感知靜摩擦力的存在。要求全班學(xué)生輕推自己的課桌，雖然手對課桌有推力，但課桌保持靜止，讓學(xué)生感受靜摩擦力的存在。設(shè)置課堂“隨手實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生容易參與，體驗(yàn)真切，使課堂充滿活力，讓物理知識從書本走向生活。學(xué)生有了自身的體驗(yàn)，再去分析靜摩擦力，感受就會更深刻，理解就會更容易，符合認(rèn)知規(guī)律。

3. 觀察法找到靜摩擦力的作用點(diǎn)。靜摩擦力為接觸力，沒有接觸就沒有靜摩擦力。通過體驗(yàn)手推課桌，理解靜摩擦力的作用點(diǎn)產(chǎn)生在課桌和地面的接觸部分。作用點(diǎn)雖然容易理解，但教材沒有指出作用點(diǎn)的位置，導(dǎo)致靜摩擦力知識體系缺乏完整性。任何一個力都有三要素，包括力的作用點(diǎn)、方向、大小，三個要素缺一不可，沒有主次之分，研究力時(shí)都應(yīng)該說清楚，切不可因?yàn)楹唵味惶峒啊?/p>

4. 平衡法得到靜摩擦力的方向和大小。課桌在水平面上受到手的推力和地面對課桌的靜摩擦力而保持靜止，在水平面上處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡的規(guī)律，這兩個力必須大小相等、方向相反，故可知靜摩擦力的方向與推力的方向相反，即與相對運(yùn)動趨勢的方向相反，靜摩擦力的大小等于推力的大小。平衡法是解決物理問題的常用方法，教師指出使用的方法，便于學(xué)生運(yùn)用。

5. 實(shí)驗(yàn)探究：通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)存在最大靜摩擦力，只有拉力大于最大靜摩擦力時(shí)，物體才開始滑動，開始運(yùn)動瞬間，拉力會突然減小，即有滑動摩擦力略小于最大靜摩擦力。利用控制變量法，在圖2的木塊上加砝碼，即只增大壓力，而保持接觸面的粗糙程度不變，會發(fā)現(xiàn)最大靜摩擦力隨壓力增大而增大。實(shí)驗(yàn)探究是研究物理的重要手段，也是學(xué)習(xí)物理過程中，必須養(yǎng)成的核心素養(yǎng)。

6. 辯證思維：靜摩擦力本身沒有好壞之分，但在生產(chǎn)和生活中，靜摩擦力有時(shí)對人們有幫助，有時(shí)對人們有危害。教師在列舉實(shí)例時(shí)，既要舉出利用靜摩擦力的實(shí)例，也要舉出防止靜摩擦力危害的實(shí)例。讓學(xué)生明白，任何事物都有兩面性，只有優(yōu)點(diǎn)而沒有缺點(diǎn)的事物是不存在的。

7. 動手制作：提供一根筷子，一個紙杯、一杯大米，要求學(xué)生用筷子把紙杯提起來。引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)過的靜摩擦力知識加以解釋：筷子對與其接觸的米粒有向上的靜摩擦力，所以接觸筷子的米粒沒有滑下去；沒有與筷子接觸的米粒與米粒之間也有靜摩擦力，所以整杯大米沒有滑下去；與紙杯接觸的大米對紙杯有向上的靜摩擦力，所以紙杯沒有滑下去，這樣就實(shí)現(xiàn)了筷子提杯。學(xué)生通過動手體驗(yàn)，對靜摩擦力的理解更深刻。

三、備課反思

1. 查閱初中教材，關(guān)注知識銜接。筆者查閱了人教版初中“摩擦力”一節(jié)，初中教材并沒有給出 “相對運(yùn)動趨勢”的概念，而高中教材直接出現(xiàn)“相對運(yùn)動趨勢”，因此造成了學(xué)生認(rèn)知困難，學(xué)生普遍反映靜摩擦力方向難以判斷。很多高中教師沒有去查閱初中教材，被高中教材的“同學(xué)們在初中已經(jīng)知道”這句話所誤導(dǎo)，因而在高中階段沒有向?qū)W生分析相對運(yùn)動趨勢，因此判斷靜摩擦力的方向就變成了教學(xué)難點(diǎn)。

2. 給出摩擦概念，消除矛盾認(rèn)識。在高一學(xué)生頭腦中，普遍認(rèn)為“摩擦”就是有“相對運(yùn)動”?，F(xiàn)在高中突然出現(xiàn)“靜摩擦力”，其中“摩擦”是指有相對運(yùn)動，而其中的“靜”是指沒有相對運(yùn)動，顯然出現(xiàn)“邏輯矛盾”！因此，高端備課先通過對比得出“摩擦”的概念，使學(xué)生更容易理解靜摩擦力產(chǎn)生的條件，以及靜摩擦力的方向。這樣處理，符合物理教學(xué)邏輯，適應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，降低了教學(xué)難度，突破了教學(xué)難點(diǎn)。

3. 實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)，探究靜摩擦力的大小，發(fā)現(xiàn)靜摩擦力存在最大值，稱為最大靜摩擦力。既然發(fā)現(xiàn)了最大靜摩擦力，就要更進(jìn)一步探究靜摩擦力的大小與什么因素有關(guān)。采用“控制變量法”，探究出最大靜摩擦力隨壓力增大而增大的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)探究，消除科學(xué)研究的神秘感，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)的核心素養(yǎng)。

4. 顯化物理方法，培養(yǎng)物理思維。高端備課運(yùn)用比較法讓學(xué)生分辨相對運(yùn)動與相對運(yùn)動趨勢的含義，并總結(jié)出摩擦的概念，運(yùn)用體驗(yàn)法讓每一個學(xué)生去感知靜摩擦力的存在，運(yùn)用觀察法找到靜摩擦力的作用點(diǎn)，運(yùn)用平衡法研究靜摩擦力的方向和大小，運(yùn)用控制變量法得出最大靜摩擦力隨壓力的關(guān)系。教師只有指出使用的方法，才有利于學(xué)生知識和技能的遷移，從而使教學(xué)效果產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

5. 強(qiáng)化課堂制作，培養(yǎng)動手能力。不少教師的課堂是物理公式的天下，缺乏課堂制作設(shè)計(jì)，學(xué)生的動手能力不斷被弱化。教師在教完物理知識后，應(yīng)該創(chuàng)設(shè)一些小制作，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用剛學(xué)的物理知識進(jìn)行解釋，讓學(xué)生“學(xué)中有玩，玩中促學(xué)”。

責(zé)任編輯 羅 峰