回歸基礎(chǔ) 突破難點
—— “平衡摩擦力”為例

◎王虞

縱觀近幾年浙江高考物理實驗試題，大家就會發(fā)現(xiàn)物理實驗考查方式發(fā)生了很大變化。主要是由傳統(tǒng)型考法向基礎(chǔ)型實驗題發(fā)展。對此，我們在實驗復習時應(yīng)根據(jù)題型的變化改變我們的復習策略。

例：（2018年6月浙江）下列實驗中，需要平衡摩擦力的是（）

A、探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

B、驗證機械能守恒定律

C、探究功與速度變化的關(guān)系

D、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

點評：本題屬于容易題，考查了物理實驗中的“平衡摩擦力”的知識點。但與傳統(tǒng)實驗題相比，又做了變化。命題意圖在于引導實驗復習時一定要重視基本知識的歸納、總結(jié)。若學生知道實驗中為何要平衡摩擦力的原因，若教師在講解平衡摩擦力時細致到位，相信本題就不是問題了。

本文以人教版高中物理必修1“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”中“平衡摩擦力”教學片段為例，指導學生分組探究討論，突破實驗教學難點，培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)。

一、教學片斷

師：牛頓第一定律指出：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。但在現(xiàn)實中，除了在真空中做拋體運動的物體外，僅受一個力的物體幾乎是不存在。然而，一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，本實驗中力F的含義可以是物體所受的合力。

師：請同學們分析討論，實驗裝置中，小車受到哪些力？

生：重力、支持力、拉力及摩擦力。

師：合力由誰提供？

生：拉力減去摩擦力即為合力。

師：在鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量條件下，鉤碼重力大小近似等于對小車的拉力，至于為什么以后再討論，那么摩擦力大小如何獲?。?/p>

學生小組討論后發(fā)現(xiàn)摩擦力大小沒法求，因為車與桌面的動摩擦因數(shù)未知。有的小組學生翻閱教材中的“摩擦力”這節(jié)，查找適合的動摩擦因數(shù)的數(shù)值。有的小組則開始討論提出桌面盡可能光滑來消除摩擦力影響的思路。這時就需要教師加以引導。

師：剛才有的小組在翻閱教材，找到了“摩擦力”這節(jié)課中的動摩擦因數(shù)的數(shù)值，教材中“木—金屬”的動摩擦因數(shù)0.20的數(shù)值本實驗中能采用嗎？

有的學生認為可以，實驗中的確是木與金屬的接觸；馬上有同學提出反駁：動摩擦因數(shù)不僅與材料有關(guān)，還與接觸面的粗糙程度有關(guān)。本實驗中材料的粗糙程度不清楚，而且實驗講究精確，不能隨便把“0.20”代入本實驗中。

師：同學們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度非常棒！那么剛才我還聽到有些小組提出能不能設(shè)法消除摩擦力的影響？

生：使用氣墊導軌可以減小摩擦的影響。（這時候?qū)W生沒有提出桌面變光滑，可能受剛才其他學生的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度的影響。）

師：大家的提議非常好，使用氣墊導軌確實可以減小摩擦力的影響。那么在現(xiàn)有的實驗裝置中能不能消除摩擦力的影響在，使得細繩的拉力即為合力？學生思考后如果沒有解決方案。教師引導：使重力、支持力和摩擦力三力平衡后，細繩的拉力即為合力。

生：把木板無滑輪端墊高，調(diào)整木板傾斜度，使小車在不受細繩拉力時能沿木板勻速運動。

師：我們把這一操作稱之為“平衡摩擦力”。那么怎樣判斷出已經(jīng)平衡了摩擦力？

生：可以讓小車在不受牽引時拖動紙帶運動，通過觀察紙帶上打出的點跡間距是否均勻來判斷是否平衡好了摩擦力。

師：小車拖動紙帶運動時，紙帶與打點計時器之間存在摩擦嗎？生：有的。

師：那么本實驗中主要摩擦阻力有哪些？

生：小車與木板的摩擦，紙帶與打點計時器的摩擦。

師：平衡摩擦時小車前面要不要掛托盤和鉤碼？

生：平衡摩擦時小車前面不要掛托盤和鉤碼，如在平衡時掛上托盤和砝碼，則小車受到的合力為零，不滿足實驗要求了。該實驗操作應(yīng)該是平衡摩擦后再掛上托盤和鉤碼，繩子拉力提供小車的合力。測得繩子拉力即可得到本實驗的合力了。

師：改變小車質(zhì)量和繩子拉力時要不要再重新平衡摩擦力？

生：改變小車質(zhì)量和繩子拉力時不需要再重新平衡摩擦力，因為實驗中是利用小車重力沿木板方向分力來平衡小車和紙帶受到的摩擦阻力，可得 Gsinθ＝μcosθ，μ＝tanθ。小車與木板間的動摩擦因數(shù)一定，實驗中木板的傾角不變，故整個實驗只需平衡一次摩擦力即可。

二、反思與總結(jié)

傳統(tǒng)教學中，教師往往容易直接提出“平衡摩擦力”，把教學的重點放在操作和數(shù)據(jù)、圖象處理上。導致學生只知實驗需要平衡摩擦力，而不知究竟為什么要平衡摩擦力。經(jīng)常聽到老師說：“做過，講過，強度過，學生怎么還是做錯？”其實，在教學過程中，講、練固然重要，但讓學生知道“所以然”更是重要。

筆者的課堂教學片斷，從本實驗的實驗?zāi)康某霭l(fā)，拋出“如何求解本實驗裝置中的合力”這一問題后，讓學生分小組進行討論。不同小組提出不同的解決問題的方案，各小組之間再討論方案的正確性、可行性。

學生通過思考問題、形成猜想和假設(shè)，小組間相互交流合作、驗證解決問題，最后得出結(jié)論。這一過程培養(yǎng)了學生的科學探究能力，提高學生實際解決問題的能力，也增強了學生的合作意識。