利用自制教具 改進(jìn)物理探究實(shí)驗(yàn)
——以“影響滑動(dòng)摩擦力因素實(shí)驗(yàn)”為例

(江蘇省鎮(zhèn)江市官塘中學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出：科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式。蘇科版初中物理教材突出了“科學(xué)探究”的重要性，在八、九年級(jí)4冊(cè)教材中，一共有40個(gè)科學(xué)探究內(nèi)容，其中的23個(gè)是重點(diǎn)。讓科學(xué)探究實(shí)施更加有效，是一線物理教師奮斗的目標(biāo)，對(duì)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)是重要的策略之一。本文對(duì)“探究影響滑動(dòng)摩擦力因素”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及自制教具作出說明，并對(duì)實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的出發(fā)點(diǎn)

圖1

“摩擦力”是蘇科版八年級(jí)物理教材第八章“力”的第三節(jié)內(nèi)容，這一節(jié)的科學(xué)探究內(nèi)容是：探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素。教材中在“試一試”“猜一猜”的環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生猜想影響滑動(dòng)摩擦力的因素主要為：壓力和接觸面的粗糙程度。而在“如何測(cè)量滑動(dòng)摩擦力大小”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教材是利用“信息快遞”告知學(xué)生：如圖1所示，將物體置于水平桌面上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小。這句話很容易理解，但是實(shí)際操作卻很困難，主要原因在于很難控制物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，并且彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)誤差較大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出。針對(duì)這一問題，筆者進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的過程

2.1 第一次改進(jìn)：由一道題目開啟的探究

第一次改進(jìn)的嘗試是源于一道習(xí)題，如圖2所示，拉動(dòng)長木板時(shí)，不需要做勻速直線運(yùn)動(dòng)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就是木塊受到的摩擦力大小。但難以使彈簧測(cè)力計(jì)保持水平，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，誤差較大。

圖2

經(jīng)過進(jìn)一步的思考，筆者加了一個(gè)可以改變拉力方向的定滑輪(如圖3)。加了定滑輪之后，彈簧測(cè)力計(jì)就由水平測(cè)量變成了豎直測(cè)量，誤差減小了。但是對(duì)于剛接觸力學(xué)的八年級(jí)學(xué)生來說，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理比較難理解，不少學(xué)生對(duì)于木塊受到的摩擦力的方向及大小的分析表示困惑。

圖3

2.2 第二次改進(jìn)：由一次網(wǎng)購開啟的再探究

在一次網(wǎng)購過程中，筆者“結(jié)識(shí)”了相機(jī)架、電動(dòng)升降桌等產(chǎn)品中的關(guān)鍵原件——電動(dòng)推桿，認(rèn)為這件“寶物”可以改進(jìn)很多物理實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)想到的就是“滑動(dòng)摩擦力”的實(shí)驗(yàn)，于是有了第二次改進(jìn)。

將彈簧測(cè)力計(jì)用兩個(gè)夾子豎直固定在電動(dòng)推桿的頂端，通過定滑輪可以勻速拉動(dòng)木塊在水平面上做直線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)解決了較難控制的勻速直線運(yùn)動(dòng)以及彈簧測(cè)力計(jì)水平使用誤差較大的兩大問題，且實(shí)驗(yàn)操作更加簡便，只需按動(dòng)按鈕，同時(shí)觀察木塊的運(yùn)動(dòng)和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即可(如圖4)。

圖4

具體探究實(shí)驗(yàn)過程如下：

(1) 通過在木塊上增加配重的方法來改變壓力，研究滑動(dòng)摩擦力與壓力的關(guān)系。

(2) 通過在木塊表面鋪上毛巾、玻璃紙等方法來改變接觸面的粗糙程度，研究滑動(dòng)摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系。

(3) 通過將木塊平放、側(cè)放的方法來改變接觸面積，研究滑動(dòng)摩擦力與接觸面積的關(guān)系。

(4) 將木塊換成小車，一次將小車正放，測(cè)出其滾動(dòng)摩擦力，另一次將小車倒放，測(cè)出其滑動(dòng)摩擦力，從而得出結(jié)論：“化滑動(dòng)為滾動(dòng)”可以減小摩擦力。

2.3 第三次改進(jìn)：由細(xì)節(jié)提高教具的品質(zhì)

在前述改進(jìn)的基礎(chǔ)上，將教具的外觀進(jìn)行美化，使得其更美觀、更于攜帶。此前用兩個(gè)夾子固定彈簧測(cè)力計(jì)很不方便也不美觀，改進(jìn)后是在推桿的頂端定制了一個(gè)固定的鉤子，彈簧測(cè)力計(jì)取放都很方便，將之前設(shè)計(jì)的小彈簧測(cè)力計(jì)換成了大彈簧測(cè)力計(jì)，可視性更強(qiáng)，效果更好，并且將用來改變粗糙程度的毛巾利用圖釘固定在木板上，實(shí)際操作時(shí)，木塊在毛巾上運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。

3 感悟

物理教師如果始終按照教材進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)，那么教師就被教材“框住了”，運(yùn)用一些本身存在不足的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與器材時(shí)，科學(xué)探究的效果就會(huì)打折扣。如果教師多思考、多探究，能夠選擇合適的器材甚至生活中的物品自制教具，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，這樣不僅能夠提高課堂教學(xué)的效果，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神，從而提升物理課堂的品質(zhì)。例如，在本文的自制教具實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)電動(dòng)推桿很有興趣，可以開展一個(gè)利用電動(dòng)推桿改進(jìn)其他物理實(shí)驗(yàn)的小比賽，鼓勵(lì)學(xué)生開動(dòng)腦筋，主動(dòng)探究，愛上探究！