摩擦力實驗裝置的改進及教學(xué)探討講解

1、楚雄師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文題 目：摩擦力實驗裝置的改進及教學(xué)探討系（院）:專業(yè)：物理與電子科學(xué)學(xué)院物 理 學(xué)（師范）學(xué)號：20101041235學(xué)生姓名：王先會指導(dǎo)教師：尹德都職稱：助教論文子數(shù)：6612完成日期：2014年5月教務(wù)處印制楚雄師范學(xué)院物電系畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 我呈交的畢業(yè)論文“摩擦力實驗裝置的改進及 教學(xué)探討” 一文，是本人在指導(dǎo)教師尹得都的指導(dǎo)下進行研究工作所 取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本文不含其 他個人或者集體已經(jīng)發(fā)表或者撰寫過的研究成果。 對本論文的研究作 出幫助的個人和集體，均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本聲明的法律結(jié)果由本

2、人承擔(dān)。畢業(yè)論文作者簽名:日期： 年 月曰目錄摘要 I關(guān)鍵詞 IAbstract: IIKeywords: II1引言 12中學(xué)物理實驗教學(xué)的重要性及現(xiàn)狀分析 12.1中學(xué)物理實驗教學(xué)的重要性 12.2中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析 13傳統(tǒng)摩擦力演示實驗的不足 13.1教材中摩擦力演示實驗的不足分析 13.2常用摩擦力演示實驗的不足分析 24摩擦力演示實驗裝置的創(chuàng)新設(shè)計 24.1實驗儀器 24.2實驗裝置的介紹 25教學(xué)探討一一自制摩擦力演示儀的應(yīng)用 35.1靜摩擦力的定性認(rèn)識 35.2探究靜摩擦力的大小的特點及影響最大靜摩擦力大小的因素 35.3探究影響滑動摩擦力的大小的因素 46實驗裝置改進

3、的優(yōu)點及可行性分析 46.1實驗裝置改進的優(yōu)點 46.2改進實驗裝置改進的可行性分析 47結(jié)束語 4參考文獻： 5致謝： 6摩擦力實驗裝置的改進及教學(xué)探討摘要：本文提出了演示實驗在中學(xué)物理教學(xué)中的作用及功能，指出了目前物理實驗教學(xué)中存在的不足，重點探討對物理演示實驗改進和創(chuàng)新設(shè)計，選取高中物理實驗中靜摩擦力的演示實驗和探究影響滑動摩擦力大小因素的實驗進行創(chuàng)新性設(shè)計，結(jié)合中學(xué)物理演示實驗教學(xué)，從實踐角度出發(fā)自制物理演示實驗教具，得出實驗結(jié)果，促進學(xué)生掌握相關(guān)物理知識。關(guān)鍵詞：物理演示實驗；靜摩擦力；滑動摩擦力；改進；Ways to improve the friction and teachin

4、g experimental deviceAbstract: This paper prese nts a dem on stratio n of the role and function of the experime ntal physics teach ing in sec on dary schools, poin ted out the lack of physical prese nee in the prese nt experime nt teach ing, focus ing on improveme nt of the physical dem on strati on

5、 experime nts and innovative design, select high school physics experiment static friction experiments and dem on strati on explore the factors that affect the size of slidi ng frictio n experime nts for inno vative design, from practice to theory analysis to explore the principles of experimental a

6、pparatus as a start ing point, homemade physics dem on strati on experime nt teach ing aids, the experime ntal results obta in ed, and promote stude nts to acquire releva nt kno wledge of physics.Keywords: physics dem on strati on experime nts; static fricti on; slidi ng friction; improveme nt;摩擦力實驗

7、裝置的改進及教學(xué)探討1引言物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)。中學(xué)物理實驗可以分為演示實驗和學(xué)生實驗，兩者缺 一不可。物理演示實驗主要是指密切配合物理課堂教學(xué)由教師操作并引導(dǎo)學(xué)生觀察得出相關(guān)結(jié)論的 實驗教學(xué)方式 ，在物理教學(xué)中，認(rèn)真做好演示實驗，對演示實驗教學(xué)進行改進和創(chuàng)新設(shè)計，發(fā)掘 演示實驗中的巧妙構(gòu)思和方法，從而突出教師主導(dǎo)學(xué)生的主體地位。本課題選擇中學(xué)物理中的摩擦 力實驗進行改進和創(chuàng)新性設(shè)計，實驗改進力求達到中學(xué)物理新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的演示實驗盡量使用通 用簡易器材這一目標(biāo)，展示最明顯的實驗現(xiàn)象，加強演示的趣味性，促進學(xué)生掌握相關(guān)知識。2中學(xué)物理實驗教學(xué)的重要性及現(xiàn)狀分析2.1中學(xué)物理實驗教

8、學(xué)的重要性物理作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，也就是大量的物理定義、定理、規(guī)律、定律的得出都建立 在大量的實驗和實踐中，說明物理教學(xué)若離開了觀察和實驗，就成了無源之水，無本之木，就如同 空中樓閣2。教師進行物理實驗教學(xué)可用實驗室配備的器材，也可以自備自制教具，甚至可以使用 學(xué)生學(xué)習(xí)生活中的現(xiàn)有物品，例如用鉛筆的兩端做固體壓強實驗，可口可樂瓶做液體壓強與深度關(guān)系的實驗，用牙膏殼做物體的浮沉實驗等。既貼近于學(xué)生的生活，又能解決缺乏實驗器材的難題,更有利于使學(xué)生明白物理就在我們身邊。常說“百聞不如一見，百看不如一做”，在物理教學(xué)中開教學(xué)中將理論與實際相結(jié)合的重要方法，是物理教學(xué)中的一個重要組成部分展實驗

9、教學(xué)，可以加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律理解，是學(xué)生獲得直觀感性認(rèn)識的重要手段，是物理3O2.2中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析在目前的物理實驗教學(xué)中，演示實驗仍是極其薄弱的環(huán)節(jié)，部分演示實驗現(xiàn)象不明顯，演示功 能受到限制等不足之處，這種狀況將影響學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)的建立。因此必須強化演示實驗教學(xué)，提 升演示效果。對于不好講解、內(nèi)容不新、不易操作的實驗應(yīng)加以改進，使得教師易講，學(xué)生易聽。F面我就選取中學(xué)物理中比較典型的摩擦力演示實驗進行改進，力求器材簡易，展示出最明顯的實驗現(xiàn)象。3傳統(tǒng)摩擦力演示實驗的不足3.1教材中摩擦力演示實驗的不足分析,如圖1所示，木塊普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修一中在對靜摩擦力的教學(xué)

10、有一個演示實驗圖1教材中靜摩擦力實驗演示原理圖圖2教材中滑動摩擦力實驗演示原理圖放于桌面上，用手拉動彈簧測力計觀察示數(shù)和木塊的運動情況，得出靜摩擦力的相關(guān)結(jié)論。而課本放于桌面上，用手拉動彈簧測力計觀察示數(shù)和木塊的運動情況，得出靜摩擦力的相關(guān)結(jié)論。而課本上探究影響滑動摩擦力大小的因素及滑動摩擦力和壓力之間的定量關(guān)系的實驗，如圖2所示，都是手拉著彈簧測力計牽引木塊在木板上勻速運動，讓學(xué)生觀察測力計示數(shù)，根據(jù)二力平衡得到滑動摩擦力大小。盡管這兩個實驗非常普及，但還存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）用手拉彈簧測力計讀數(shù)時不可避免的要有抖動，影響學(xué)生的分析判斷，也很難保證施加的 拉力方向不變

11、；（2）探究滑動摩擦力時，要求彈簧測力計勻速拉動木塊運動，拉力才等于摩擦力，操作起來不 太容易。（3）實驗內(nèi)容都不夠新穎， 不足以提高學(xué)生興趣， 難以引發(fā)學(xué)生思考， 探究實驗雖然簡便直觀、 但是難以控制變量，沒有定量的科學(xué)數(shù)據(jù)加以證明，說服力不夠，科學(xué)性不強。3.2常用摩擦力演示實驗的不足分析針對這些不足，一些作者對實驗進行了改進，如圖3所示，觀察木塊A和長木板B由相對靜止到相對運動的整個過程，以及彈簧測力計的示數(shù)，探究出靜摩擦力和滑動摩擦力的相關(guān)特點。這樣的改進的確解決了課本上實驗的不足。彈簧圖3摩擦力實驗演示原理圖測力計是固定的，相對操作者靜止，使得讀數(shù)較為準(zhǔn)確，避免了直接拉動木塊時因彈簧

12、測力計讀數(shù)的不穩(wěn) 定所帶來的誤差8;在探究過程中也不需要勻速拉動木板，操作起來更加容易；但是這個實驗仍有不足：由于實驗在水平桌面上進行，在探究最大靜摩擦力時，后面學(xué)生很難 觀察到木塊和長木板剛好滑動的的那個瞬間；實驗中彈簧測力計的拉桿處于水平狀態(tài)，學(xué)生很難觀 察示數(shù)，降低了學(xué)生的參與度，另一面，由于彈簧測力計處于自重下垂的狀態(tài)，致使拉桿與外殼之 間發(fā)生摩擦而產(chǎn)生實驗誤差；實驗器材還是木板加木塊，內(nèi)容不新，不足以激發(fā)學(xué)生的興趣。4摩擦力演示實驗裝置的創(chuàng)新設(shè)計基于以上研究和分析，我對摩擦力演示實驗裝置做了進一步的改進，如圖4所示：圖4摩擦力實驗演裝置圖4.1實驗器材：底板較光滑的帶有滑輪的支架、彈

13、簧秤、可以調(diào)節(jié)高度的定滑輪、木塊、兩輛帶輪子相同小車和木板（斗八輪小車）、水和水桶。4.2實驗裝置的介紹：兩輛小車加薄木板自制成一輛帶斗的八輪小車，小車置于有滑輪底面較光滑的水平長木板上，水平長木板上固定有彈簧測力計，木塊至于小車上，在長木板、小車、木塊上分別貼有紅色的標(biāo)記，用來判斷它們的相對位置。用手緩慢的拉動小車，可以看到木塊和小車相對于長木板一起運動，但木塊和小車保持相對靜止，彈簧測力計有了示數(shù)，根據(jù)水平方向上的二力平衡，可得到靜摩擦力的大小。繼續(xù)拉動小車，彈簧 測力計的示數(shù)增大到某一個數(shù)值時，彈簧測力計指針突然縮回，木塊相對于小車滑動，之后的摩擦 力就是滑動摩擦力。通過以上步驟歸納總結(jié)

14、出靜摩擦力大小的特點、影響最大靜摩擦力和滑動摩擦 力大小的因素以及滑動摩擦力的大小與正壓力 Fn的正比關(guān)系。5教學(xué)探討自制摩擦力演示儀的應(yīng)用5.1靜摩擦力的定性認(rèn)識在摩擦力這一節(jié)的教學(xué)中，基于學(xué)生在初中重點對滑動摩擦力進行了學(xué)習(xí)，對滑動摩擦力的定義及其產(chǎn)生條件等都已經(jīng)掌握，但對于靜摩擦學(xué)生還是一個相對陌生的概念，通過施加水平推力卻沒推動的物體推進行受力分析，學(xué)生容易產(chǎn)生以下三種錯誤的認(rèn)識：（1）運動的物體不會受到靜摩擦的作用；（2）靜摩擦力一定阻力；（3）正壓力越大，靜摩擦力越大。將長木板、小車、木塊上分別貼有的紅色標(biāo)記對齊，調(diào)節(jié)彈簧測力計示數(shù)為零，教師用手緩慢的向右拉動與小車相連的細(xì)繩，請學(xué)

15、生注意觀察木塊的運動情況，并做相應(yīng)的記錄，教師提醒判斷物體是運動還是靜止要選擇參照物，一般選擇地面作為參照物，由于水平長木板是靜止的，可以看做 是地面。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)靜摩擦力的產(chǎn)生條件：有接觸面擠壓，接觸面粗糙，在彈簧測力計拉力的作 用下，木塊具有向左的運動趨勢，所以受到了靜摩擦力的作用，方向是向右的，記錄表格如下：木塊相對于長木塊相對于小木塊受到靜木板運動情況車運動情況摩擦力方向向右運動保持靜止方向向右根據(jù)表格分析學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)：相對于水平長木板運動的木塊受到了靜摩擦力的作用，即運動的物體也會受到靜摩擦力的作用；木塊相對于水平長木板向右運動，靜摩擦力的方向也是向右的，在 運動過程中靜摩擦力提供了

16、木塊運動的動力，說明靜摩擦力不一定是阻力。在此基礎(chǔ)上教師稍作引 導(dǎo)增加所受正壓力的大小，受力分析便知靜摩擦力的大小與正壓力無關(guān)。通過這樣一個實驗裝置的演示來改正學(xué)生的錯誤認(rèn)識就比直接告訴學(xué)生來得更有說服力，同時解決學(xué)生的最大疑點：運動的物體也會受到靜摩擦力的作用，對“動中有靜”、“相對靜止”也有了更深刻的認(rèn)識。5.2探究靜摩擦大小的特點以及影響最大靜摩擦力大小的因素在上述實驗的基礎(chǔ)上，繼續(xù)拉動小車向右運動，引導(dǎo)學(xué)生觀察彈簧測力計示數(shù)在逐漸增大，但小車和木塊仍保持相對靜止，學(xué)生根據(jù)二力平衡易得出靜摩擦力大小隨拉力增大在逐漸增大。教師 繼續(xù)引導(dǎo)提出問題：靜摩擦力的大小可無限制的增大嗎？繼續(xù)給小車施

17、加力的作用，學(xué)生會觀察到 彈簧測力計的示數(shù)增大到某一個數(shù)值時，彈簧測力計指針突然縮回變小到某一個值，此時木塊和小 車的兩個標(biāo)記剛好錯開，即木塊相對于小車滑動。說明靜摩擦力大小隨著木塊所受的拉力增大而增 大，但有一最大值，教師給出最大靜摩擦力這一概念。在木塊中放入質(zhì)量不等的物體，重復(fù)上述實 驗，學(xué)生會觀察在木塊相對于小車滑動的這個瞬間，彈簧測力計的最大示數(shù)變大了；把長毛巾和玻璃板分別固定于小車上，重復(fù)上述實驗步驟， 學(xué)生會觀察到彈簧測力計的最大示數(shù)分別變大和變小。師生共同總結(jié)出：靜摩擦力大小的特點可變化；有范圍：(0 Fw Fmax)，最大靜摩擦力的與正壓力的大小和接觸面的粗超程度有關(guān)9。5.3

18、探究影響滑動摩擦力的大小的因素最后探究滑動摩擦力的大小，在上述實驗中，木塊相對于小車開始滑動之后受到的摩擦力不再是靜摩擦力，而是滑動摩擦力。由于滑動摩擦力與相對運動速度是無關(guān)的，因此不需要勻速拖動小 車，根據(jù)二力平衡，彈簧測力計的示數(shù)數(shù)就等于滑動摩擦力摩擦力的大小。先讓小車以較小速度運 動，再以較大的速度運動，學(xué)生會觀察到彈簧測力計的示數(shù)兩次都是一個穩(wěn)定的且相同的數(shù)值；在 木塊中放入質(zhì)量不等的砝碼，重復(fù)上述實驗，學(xué)生會觀察到彈簧測力計的示數(shù)在變大；把長毛巾和 玻璃板分別固定于小車上，重復(fù)上述實驗步驟，學(xué)生會觀察到彈簧測力計的大示數(shù)分別變大和變小。 師生共同總結(jié)出滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程

19、度、正壓力有關(guān)，但以物體的運動快慢無關(guān)。 通過觀察實驗的結(jié)果，對已獲得的滑動摩擦力和壓力的實驗數(shù)據(jù)進行計算分析很容易發(fā)現(xiàn)，它們比 值的大小相差不大，在實驗允許的誤差范圍內(nèi)，滑動摩擦力和正壓力的比值是相等的，由此得出了 滑動摩擦力與壓力的正比關(guān)系，直接引出動摩擦因素卩，得到滑動摩擦力的計算式：f =卩Fn。6實驗裝置改進的優(yōu)點及可行性分析6.1實驗裝置改進的優(yōu)點該實驗裝置在實習(xí)期間已用于課堂教學(xué)，由于儀器不在是初中摩擦力探究實驗中的木板加木塊，自制八輪小車的引入解決內(nèi)容不夠新穎、難以引發(fā)學(xué)生思考這一問題，大大地提高了學(xué)生的探究興 趣；彈簧測力計被豎直固定，沒了自身自重下垂所帶來的誤差，學(xué)生度數(shù)變

20、得容易，提高了學(xué)生的 參與度，探究摩擦力大小時容易控制變量，有了定量的科學(xué)數(shù)據(jù)加以證明，增強了理論的說服力， 提高了課堂效率；三個紅色標(biāo)記方便判斷長木板、小車、木塊三者之間的相對位置，特別是木塊相 對于小車滑動的瞬間的位置變化，即靜摩擦力存在最大值且比滑動摩擦力略大這一特點5。通過了解得知，用該裝置進行摩擦力這一節(jié)新課講授達到的教學(xué)效果是非常不錯的，在整個學(xué)習(xí)過程中， 學(xué)生的思維是積極主動的，在教師的引導(dǎo)下自己去觀察、分析、歸納總結(jié)得出結(jié)論，提高學(xué)生自主 學(xué)習(xí)反思的能力，具有定量的數(shù)據(jù)加以證明，學(xué)生易于接受。6.2改進實驗裝置的可行性分析可行性分析：本實驗中使用到的小車、定滑輪、彈簧測力計、木

21、板、木塊等都是中學(xué)物理實驗 中常用的，只需做個支架固定彈簧測力計，方便學(xué)生讀數(shù)即可；彈簧測力計選擇較大的那種，增大 實驗的可見度；實驗簡單，易于操作，教師在課前只要訓(xùn)練一下，就能保證實驗的成功。7結(jié)束語在物理教學(xué)的過程中，演示實驗可以充當(dāng)很多的角色，可以作為問題實驗引入新課，可以作為 教學(xué)實驗放于新知識的講解過程中，本文的摩擦力實驗就是非常典型的教學(xué)實驗，又可以作為興趣 實驗放在學(xué)習(xí)新知識以后來完成，旨在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)以致用的能力?！澳Σ亮ρ菔緦嶒灐?是高中物理力學(xué)部分的內(nèi)容，本文中筆者在對比分析課本及其他人的方案的基礎(chǔ)上加以改進，利用 簡單的材料組裝成裝置來對摩擦力進行探究，解決了文中提到的問題， 演示實驗可見度好方便研究、 以上方法目前在各種刊物以及所見儀器中未見使用，用這樣的方法讓學(xué)生更能理解摩擦力的特點及 其相關(guān)規(guī)律。參考文獻：1 程彧.演示實驗在物理教學(xué)中的作用 J 射陽縣四明初級中學(xué)，考試周刊，2008(45):1602 李新峰.淺談初中物理實驗教學(xué)的重要性J.學(xué)月刊，201