摩擦力演示儀CZ—1的制作

張云剛

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）11-0043-02

一、教學(xué)目標的確定

1.知識與技能

（1）能根據(jù)生活體驗認識摩擦力。

（2）能根據(jù)二力平衡的條件用彈簧測力計粗略地測量水平運動物體所受的滑動摩擦力。

（3）經(jīng)歷研究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)的實驗過程，能表述滑動摩擦力大小跟接觸面所受壓力和接觸面粗糙程度的關(guān)系。

（4）認識摩擦的利用與防治，并能說出增大或減小摩擦的方法。

2.過程與方法

經(jīng)歷探究滑動摩擦力與壓力、接觸面粗糙程度關(guān)系的過程，體會怎樣進行科學(xué)的猜想，理解在研究多因素問題中怎樣運用“控制變量”的方法。

3.情感態(tài)度與價值觀

培養(yǎng)學(xué)生實事求是地進行實驗的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。注重對學(xué)生探究能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，更注重讓學(xué)生主動獲取知識。

二、教學(xué)的重難點

本節(jié)教材的重難點是引導(dǎo)學(xué)生進行探究。對于教材中的知識點，學(xué)生大都能理解和掌握，但更重要的是讓學(xué)生在測量水平運動物體所受的滑動摩擦力這個實驗，研究影響滑動摩擦力大小的各種因素是本節(jié)實驗探究難點，突出“猜想與假設(shè)”這個環(huán)節(jié)，同時認識在探究過程中“控制變量”的意義和方法。

三、教學(xué)過程

依據(jù)本節(jié)教材編排的順序，依據(jù)學(xué)生的認識規(guī)律，我設(shè)計了下面的教學(xué)程序和相應(yīng)的具體操作：

（一）創(chuàng)設(shè)情境，實驗引入

實驗（1）：讓學(xué)生將手按在課桌上，向前滑動，體會桌面對手的前進有什么影響。（以組為單位談感受。）

實驗（2）：將牙刷的刷毛直立在課桌表面用力推拉牙刷，觀察刷毛彎曲的方向與牙刷運動的方向有什么關(guān)系。

該教學(xué)片段讓學(xué)生親力親為感受摩擦力存在，并直觀看到摩擦力方向與運動方向相反。

（二）新課學(xué)習(xí)

1.測量水平運動物體所受的滑動摩擦力

實驗：將木塊放在水平木板上，用彈簧測力計水平勻速直線運動，讀出彈簧測力計示數(shù)。

引導(dǎo)學(xué)生做好木塊的受力分析。當木塊在木板上做勻速直線運動時水平方向受到彈簧測力計的拉力和木板對它的滑動摩擦力。據(jù)二力平衡的條件，兩個力是一對平衡力。

2.探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)

（1）第一步：學(xué)生進行猜想與假設(shè)

在學(xué)生認識到摩擦力的存在后，我很自然地向?qū)W生們提出了問題：同學(xué)們猜一猜滑動摩擦力的大小可能與哪些因素有關(guān)呢？

在學(xué)生說出他的猜想后，可以問問他“你為什么要這樣想呢？”當學(xué)生的猜想的基礎(chǔ)不充分時，要結(jié)合自己的經(jīng)驗，將學(xué)生的思路引導(dǎo)合理的軌道上來，即：本節(jié)課主要實驗方法是：

實驗（1）：研究滑動摩擦力與接觸面積大小的關(guān)系

實驗（2）：研究滑動摩擦力與正壓力的關(guān)系

實驗（3）：研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系

實驗（4）：研究滑動摩擦力與物體運動快慢的關(guān)系

實驗（5）：滾動摩擦代替滑動可以減小摩擦

并將全班分為五個大組，每組用實驗探究一個猜想。

（2）第二步：學(xué)生制定探究計劃與設(shè)計實驗

先讓學(xué)生獨立思考，再讓他們交流討論。通過學(xué)生的思考、交流和討論、老師的點撥，學(xué)生都會制定出正確的探究計劃。

傳統(tǒng)測量：圖1是用彈簧秤拉著一個木塊D，在一個“水平面”上勻速直線運動，讀出測力計示數(shù)來測量滑動摩擦力大小。此方法有3點不足：①彈簧秤是運動的，學(xué)生不容易看清其讀數(shù)；②人拉動彈簧秤時很難保持“勻速”運動；③人的拉力F大小控制主觀性大，木塊速度快慢不均，容易造成彈簧秤讀數(shù)大小與拉動木板的快慢有關(guān)這樣錯誤的認識。

改進測量：圖2是用外力拉動木板B，保持木塊D水平靜止，讀出彈簧測力計示數(shù)，可以粗略測量物體受到滑動摩擦力。

改進實驗方案可以明顯看出，滑動摩擦力與拉動木板的快慢是否勻速沒有關(guān)系。但是學(xué)生可能不明白其中的原理，這就是本節(jié)難點。因此我設(shè)計制作了摩擦力演示儀CZ-1突破教學(xué)難點。

①實驗方法改進

如圖3所示，嘗試用所學(xué)受力分析的知識，把彈簧秤固定下來，學(xué)生讀數(shù)就方便了；把移動“木塊”改為移動“水平面”，只要“木塊”和“水平面”有相對運動（或相對運動趨勢），保持“木塊”靜止，它受到的摩擦力f 和彈簧秤的拉力F是平衡力，而與“水平面”的運動快慢無關(guān)，彈簧秤的指針能穩(wěn)定地指在某一刻度?；谏鲜龇治觯颐鞔_改進實驗關(guān)鍵是：如何有效固定木塊。如圖4摩擦力演示儀CZ-1，巧妙固定了“木塊”使其靜止，克服了傳統(tǒng)操作的不足，取得了預(yù)期的實驗效果。

②實驗儀器制作

制作思路：如圖5所示，把一個彈簧秤固定在一個水平木制滑槽上，實驗時利用鉤碼的重力，拉動木制滑槽里的長木板運動，使長木塊和木塊之間產(chǎn)生摩擦力，此時，彈簧秤可得到穩(wěn)定讀數(shù)。

材料選擇：

a.長方形木槽A ：165cm？1cm？5cm（用作底座）

b.固定板C ：15cm？4.5cm？cm 的木板兩塊（用作彈簧測力計固定板）

c.如圖6所示，滑動摩擦主板B ：82cm？0cm？cm 的木板一塊（用作相對滑動摩擦面）

d.如圖7所示，靜止物體D ： 10cm？0cm？cm ，400g的木塊一塊（研究物體）

e.如圖8所示，定滑輪：一個。（改變重力方向）

f.如圖8所示，彈簧測力計：一個，量程為5牛。（測量拉力）

g.如圖8所示，鉤碼：（100g；50g）兩盒。（用鉤碼受到的重力拉動B板，可以使力均衡）

h如圖8所示，布料：粗糙程度不同的布料兩條。（用于研究f決定因素）

③制作方法

如圖9所示，把A平放在操作臺上，把C水平靜止放A槽上，距定滑輪一端66cm處，用螺釘固定；再把B穿過C放進A滑槽內(nèi)，一端與細繩固定，繩子另一端穿過定滑輪與鉤碼相連。木塊D與C連接，水平靜止放在B板上。至此，摩擦力演示儀CZ-1如圖10所示，制作完畢。

（3）第三步：學(xué)生學(xué)會自己設(shè)計記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，進行實驗與收集數(shù)據(jù)，分析論證，得出實驗結(jié)論。

在學(xué)生實驗的過程中，巡視各實驗小組，幫助學(xué)生解決實驗中遇到的問題，同時應(yīng)教給學(xué)生設(shè)計實驗表格（如表1所示）的一般方法。

在得到實驗結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實驗中采用的方法：如果一個物理量與多個因素有關(guān)，我們在研究某一個因素對該物理量的影響時，應(yīng)控制其它與該物理量有關(guān)的因素不變，這種研究問題的方法叫做“控制變量法”。

3.如何增大和減小摩擦

有很多增大和減小摩擦的事例都是學(xué)生們所熟悉的，而且學(xué)生們已經(jīng)通過實驗獲得了滑動摩擦的有關(guān)知識，鼓勵他們提供更多有趣的利用摩擦、減小摩擦的事例。

4.以分組搶答形式完成一些課堂反饋題

5.課后作業(yè)

（1）以“假如沒有摩擦”為題，寫一篇科幻短文。

（2）觀察自行車上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的 ，你能想出哪些辦法來增大或減小它們。

（責任編輯 曾 卉）