摩擦力创新教学初体验

摩擦力创新教学初体验湖州中学姬静静创新是一个民族的灵魂，创造力是衡量一个民族素质的首要标准，所以素质教育的核心在于学生创新精神和实践能力的提高。培养创新人才是广大教育工作者在新时代的一项重要教育任务，如何培养具有创新精神和实践能力的人才是广大教师迫切需要研究的一个重要的教育课题。以物理学为载体，以物理教育活动为渠道所进行的创新教育，简称为物理创新教育。它具有以下特性：（1）主体性：学生是物理教育活动中的主体，物理教育要给学生创设宽松和谐的环境，给他们一个大自由度的空间，让学生主动学习；（2）创新性：在物理创新教育下，学生在学习物理知识的同时，还学习到物理科学家们高尚的创造心理、可贵的创造思维和智慧的创造技法。物理教育的过程，是教师创造和使用最新颖的、最高效的方式和方法，启发学生进行创新学习的过程。我在教学过程中一直在探索最新颖、最有效的教学模式。一、理论指导1、物理学是以实验为基础的科学。物理实验可以给学生带来直觉兴趣、操作兴趣和探索兴趣。加强实验教学，给学生提供更多亲自动手操作的机会，有助于培养学生的科研意识、动手操作能力、观察能力、独立解决问题的能力，培养学生实事求是的科学态度和创新意识。2、“动口不会动手，动手不会创造”，这是传统教育带来的弊端。“听一遍不如看一遍，看一遍不如做一遍”。懂创造必须先学会探索。学生在“多动手”的前提下，磨练“会探索”，在“会探索”的基础上才能进入“懂创造”。我们可以让学生利用手边的工具进行探索性实验，学生通过自己动手获取知识，变“老师教授知识”为“学生自己动脑又动手获取知识”，变“学生被动接受”为“学生主动探索”，探索式实验激发了学生的求知欲与创造力。3、在物理教学中进行创新教育，要求教师在教学中应自始至终贯穿学法指导，使学生学会学习，从而达到“授之以渔”的教学目的。因此，我在教学的过程中进行了关于摩擦力创新教学的初探。二、教学实例1、关于摩擦力的探索研究实验（1）问题：研究物体间摩擦力（2）学生讨论探索问题：物体间的摩擦力有哪几种？这些摩擦力会跟哪些因素有关？（让学生自行思考并分组讨论，得到初步结论，并确定探索实验所需的材料。）（3）学生讨论探索的初步结论：a.物体间的摩擦力包括：静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力；b.接触面越光滑，摩擦力越大；c.接触面积越大，摩擦力越大；d.物体越重，摩擦力越大；e.滑动的速度越大，摩擦力越小；f.摩擦力的方向沿接触面切向，与运动方向或运动趋势相反，是阻力，做负功；探索实验需要材料：长木板、长玻璃板、长毛巾、带挂钩的长方体木块（几块）、弹簧秤、米尺、砝码、天平、秒表、量角器……（4）老师提供学生所需材料，学生分组进行实验探索：学生通过动手实验，验证初步结论的正确性。学生做的实验各种各样，总结分类有以下几种情况：①一块木块放在水平长木板上，用弹簧秤水平拉木块，拉力F从0开始逐渐增大，观察木块恰好滑动时、正在滑动时弹簧秤的读数。（学生：F增大的过程中，木块不动，受到的是静摩擦力，静摩擦力和拉力F等大反向；恰好滑动时，弹簧秤读数为最大静摩擦力大小；正在滑动时，弹簧秤读数为滑动摩擦力的大小。木块所受静摩擦力方向与运动趋势相反，滑动摩擦力与滑动方向相反。结论a、f正确。）②将一木块放在玻璃板上，再按①操作一次，发现滑动摩擦力的大小比①的小；将一木块放在长毛巾上，再按①操作一次，发现滑动摩擦力的大小比①的大。（学生：滑动摩擦力与接触面的光滑程度有关。结论b正确。）③分别用长方体木块的不同表面（面积不同），再按①操作几次，发现接触面积不同时，滑动摩擦力大小几乎不变。（学生：滑动摩擦力与接触面积大小无关。推翻初步结论c。）④两块木块重叠，再按①操作一次，发现滑动摩擦力的大小比①的大；三块木块重叠，再按①操作一次，发现滑动摩擦力的大小比之前更大。（学生：物体越重，摩擦力越大。推论d正确。）⑤一块木块放在水平长木板上，用弹簧秤水平匀速（速度较大）拉动木块，观察弹簧秤读数，用弹簧秤水平匀速（速度较小）拉动木块，发现弹簧秤读数几乎一样。（学生：滑动摩擦力与滑动速度无关。推翻初步结论e。）（5）老师分析学生实验探索的二次结论，提出疑点：g.如果用同一物体做实验（重力不变），我们能否找到物体所受滑动摩擦力不同的情况？h.演示：把木块放在木板上，拉动木板使木块先和木板发生相对滑动，再随木板一起加速运动。提问：相对滑动时，木块受什么摩擦力？木块对地的运动方向如何？摩擦力方向如何？一起加速运动，木块受什么摩擦力？木块对地的运动方向如何？摩擦力方向如何？（6）学生再次分组讨论，通过实验研究老师提出的疑问：⑥取一块木块，用弹簧秤斜向上拉木块（木块不离开地面），观察木块恰好滑动时弹簧秤的读数，发现读数比①的读数小。（学生：重力不是决定滑动摩擦力的因素，滑动摩擦力与正压力有关。推翻初步结论d。）⑦学生通过计算、分析、讨论发现：在h.的演示中，当相对滑动时，木块受滑动摩擦力，相对地的运动方向向前，木块由静止到运动，所以摩擦力方向向前（木块相对木板向后运动）；一起加速运动时，木块受静摩擦力，木块对地的运动方向向前，木块速度不断增加，所以摩擦力方向向前（木块相对木板有向后的运动趋势）；若木块和木板一起匀速运动，则木块不受摩擦力；若木块和木板一起减速运动，木块受静摩擦力，木块对地的运动方向向前，木块速度不断减小，所以摩擦力方向向后（木块相对木板有向前的运动趋势）。（学生：摩擦力沿接触面切向，方向与相对运动或相对运动趋势相反，可以与运动方向相同或相反，可以做正功或负功或不做功。推翻初步结论f。）（7）老师总结归纳：物体间的摩擦力包括：静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力；摩擦力与接触面的粗糙程度、正压力有关，与接触面面积、相对滑动速度无关；摩擦力的方向沿接触面切向，与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反；摩擦力可以是阻力也可以是动力，可做正功也可做负功，也可不做功；静摩擦力是被动力，随外力变化，小于最大静摩擦力；滑动摩擦力的决定式NfFF，FN为正压力，不一定等于重力。提出要求：请通过实验和计算，求出木板的滑动摩擦系数μ，并找到木块恰好不滑落时长木板与水平面的夹角α，α和μ有什么关系？（8）学生实验、计算：⑧木块放在长木板上，受到水平拉力F，F从0开始逐渐增大，观察木块恰好滑动时弹簧秤的读数。（学生：NfFF计算长木板的滑动摩擦系数μ。）⑨长木板放在水平面上，木块放在长木板上的一端，缓慢提起放木块的一端，找到木块恰好不滑落时长木板与水平面的夹角。分析木块受到摩擦力的变化：先是木块受到静摩擦力，当木块恰好不滑落时受到的是最大静摩擦力，之后滑落受到的是滑动摩擦力。（学生：记录有关长度，计算夹角α，通过受力分析和列式计算得到tan。）（9）对本实验设计的总结：学生总结出滑动摩擦力的决定式NfFF，掌握影响摩擦力的因素。学生学会求长木板的滑动摩擦系数μ。学生找到特殊角：tan。学生在动手实验中探索物理规律，并且活学活用，在动手过程中思考和计算，对学习物理知识的印象深刻。并且在此基础上，我又让学生设计下一个应用摩擦力的实验。2、学生设计关于摩擦力的应用实验某大型搬家公司承担了湖州市政府的“搬家”工作，需要一条便于推送货物进货车的斜面通道，请学生设计出一个斜面模型，以找到最合适的坡度。（1）问题：斜面的倾角对斜面使用性能有什么影响？（2）技能：制作模型、测量、计算（3）学生要求提供材料：50cm长木板一块，宽10cm左右带挂钩的木块，最大刻度为5N的弹簧秤，米尺，4本厚约2cm的书（4）学生设计实验：把木板的一端搁在一本书上，用弹簧秤沿斜面匀速笔直往上拉，拉的速度不要太大（注意：弹簧秤与斜面要保持平行），测出所用力的大小，记录在表格中。把书一本一本地往上加，垫高木板，记录实验结果的变化，研究找到最适合的坡度。（5）拓展实践：找一处为残疾人提供方便的斜面通道，计算出它理论上的省力情况。3、通过静摩擦力方向的判断达到“授之以渔”的教学目的静摩擦力的方向与物体相对运动趋势方向相反，而学生在实际问题中静摩擦力方向的判断存在着较大的困难。比如说行走中的人所受的静摩擦力的方向如何判断？汽车或自行车在不同的运动情况下各车轮所受静摩擦力方向又是如何的呢？（1）行走中的人所受静摩擦力的判断人是向前走就有人认为人所受地面给人的摩擦力方向是向后的，这样的判断是错误的，首先是对地面给人的摩擦力是什么摩擦力没有正确的认识，人与地面接触的脚，而相对地面没的滑动，因而地面给人的摩擦力是静摩擦力而非滑动摩擦力，静摩擦力的方向与物体相对运动趋势方向相反。再来判断一下这个静摩擦力产生的原因是什么？是脚有相对地面运动的趋势引起的，后脚是主动。后脚有相对地面向后扒的动作，也就是有相对地面的向后运动的趋势，这也可以假设后脚和地面之间是光滑的，这样人一走动就会相对地面向后滑，这样也能判断出后脚相对地面运动的趋势了。最后判断得出后脚受到地面所给的静摩擦力的方向是向前的。静摩擦力在这里是动力。而前脚是被动的，所受的摩擦力的方向是向后的。（2）自行车在运动过程中前后轮所受静摩擦力的判断人在骑动的自行车上，这时后轮是主动轮带动自行车相对地面向前运动，而地面带动前轮也向前运动，而车轮相对而地面没有滑动，这时以车轮所受摩擦力是静摩擦力来分析。根据前面对行走中的人所受摩擦力的判断，学生已能假设后轮与地面之间光滑先判断出后轮所受摩擦力的方向，再假设地面与前轮之间光滑判断出前所受摩擦力的方向了。得出结论，前轮受到向后的摩擦力，而后轮却受到向前的摩擦力。拓展研究：①自行车运动却脚未蹬时前后轮所受力情况②自行车在推动过程中前后轮的受力情况③各种驱动的汽车各轮秘所受摩擦力的情况④转动的皮带轮，分别研究两轮子及与两轮相接触的皮带上所受静摩擦力的情况由以上的练习，使得学生学会总结出判断皮带轮模型静摩擦力方向的方法。达到了“授之以渔”的教学目的。三、摩擦力创新教学初探的效果通过摩擦力创新教学的实践表明，学生的自学能力也提高了，学生获取知识更为主动扎实，对概念、公式、物理过程都掌握得比较清晰，物理成绩也提高了。学生提高了动手兴趣和动手能力，积极参加课外兴趣小组和各类竞赛。可见，教学中创设一个物理学习中的“创造”氛围，激发他们的兴趣和创造欲望，引导他们自己去发现规律，试图去创造、去创新。整个教学过程，不是把学生运送到知识的彼岸，也不仅仅是引导学生自己游到知识的彼岸，更要激励学生想方设法采用多种渠道到达知识的彼岸。物理教学转入以动手实验为基础的轨道，学生不仅学习了大量的实际知识，而且还丰富教材所涉及的知识的实践性，从而使学生比较清晰地建立起物理模型。