初中物理摩擦力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

初中物理摩擦力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：物理是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?chuàng)新能力的主要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要平臺(tái)，本文將初中物理教材中《影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素》實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法進(jìn)行了改進(jìn)，較好的解決了該試驗(yàn)傳統(tǒng)做法中的兩個(gè)最大問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn);滑動(dòng)摩擦力;改進(jìn)

物理實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中扮演著重要角色，它既是教學(xué)的內(nèi)容，又是教學(xué)的方法與手段。物理實(shí)驗(yàn)中所呈現(xiàn)的物理思想、方法，對(duì)學(xué)生形成正確價(jià)值觀、世界觀和科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生正確理解物理概念、規(guī)律和方法，對(duì)激發(fā)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的熱愛(ài)有積極作用。但是目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，普遍存在的問(wèn)題是：實(shí)驗(yàn)器材落后、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法陳舊、利用課件代替實(shí)驗(yàn)操作，甚至是在黑板上講實(shí)驗(yàn)等。改革中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、更新實(shí)驗(yàn)器材、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，都是當(dāng)前一線中學(xué)物理教師應(yīng)思考的問(wèn)題。在本文中筆者將《影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素》實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的缺點(diǎn)，現(xiàn)介紹如下：

1.教材分析

《影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素》是初中物理教科版八年級(jí)下，第七章第五節(jié)的內(nèi)容，是在學(xué)生學(xué)習(xí)完力的基本概念、力的描述及測(cè)量之后的延伸，既是力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的升華，也為以后用試驗(yàn)的方法探究力學(xué)問(wèn)題打好了基礎(chǔ)。本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，該實(shí)驗(yàn)是控制變量法的又一次應(yīng)用，凸顯了科學(xué)方法在物理研究中的重要作用，同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、分析歸納的能力，更為后續(xù)壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)和浮力等知識(shí)的學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)。

2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

該實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)做法是通過(guò)轉(zhuǎn)換法將彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力大小，轉(zhuǎn)換為物體所受到的滑動(dòng)摩擦力大小，所以需要用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而學(xué)生在拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)不能很好的控制物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果;其次，讀數(shù)時(shí)由于彈簧測(cè)力計(jì)是運(yùn)動(dòng)的，所以學(xué)生的視線要隨著測(cè)力計(jì)一起移動(dòng)，不便于彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的讀取。以上兩點(diǎn)都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)較大的誤差，既影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的總結(jié)歸納，也不利于學(xué)生的科學(xué)精神及科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。所以筆者從兩個(gè)方面對(duì)該實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)器材：長(zhǎng)方體木塊、棉布、紗布、摩擦力演示器、圓盤(pán)測(cè)力計(jì)、定滑輪、力學(xué)傳感器、電腦。

改進(jìn)一：使用摩擦力演示器帶動(dòng)木塊勻速運(yùn)動(dòng)。摩擦力演示器（或利用廢舊電動(dòng)機(jī)自制）的使用，不僅能使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而且通過(guò)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑動(dòng)摩擦力大小與物體運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系的探究。用圓盤(pán)測(cè)力計(jì)（即演示彈簧測(cè)力計(jì)）代替彈簧測(cè)力計(jì)，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的讀數(shù)更加簡(jiǎn)單、直觀、準(zhǔn)確，減小了由于讀數(shù)時(shí)指針不穩(wěn)定帶來(lái)的誤差，更加適合教師做演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先將木塊放在摩擦力演示器上，再用一根細(xì)線通過(guò)一個(gè)定滑輪連接木塊和圓盤(pán)測(cè)力計(jì)（注意定滑輪的使用）（如圖1），打開(kāi)開(kāi)關(guān)，當(dāng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，木塊在水平方向會(huì)受到皮帶施加的滑動(dòng)摩擦力及細(xì)線的拉力作用，而木塊相對(duì)于傳送帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以木塊所受滑動(dòng)摩擦力大小就等于細(xì)線對(duì)物體的拉力大小。這樣，通過(guò)讀取圓盤(pán)測(cè)力計(jì)示數(shù)就可以知道此時(shí)木塊所受的滑動(dòng)摩擦力大小。在探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系時(shí)，將木塊的不同側(cè)面包裹不同材料，如棉布、紗布等，翻動(dòng)木塊改變接觸面的粗糙程度會(huì)得到不同的數(shù)據(jù)。本改進(jìn)措施可以使木塊盡可能的做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從而使實(shí)驗(yàn)誤差最小化，在教師演示時(shí)，也更方便學(xué)生觀察。

改進(jìn)二：使用力學(xué)傳感器代替圓盤(pán)測(cè)力計(jì)。針對(duì)改進(jìn)一中，圓盤(pán)測(cè)力計(jì)指針會(huì)有微小晃動(dòng)的情況，筆者又將圓盤(pán)測(cè)力計(jì)改為力學(xué)傳感器（如圖2），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只需要用細(xì)線連接傳感器探頭，傳感器將得到的數(shù)據(jù)以圖表的形式通過(guò)電腦直接顯示在大屏幕上。由于傳送帶不是很穩(wěn)定，所以使摩擦力圖形并不是完美的直線，會(huì)有輕微的上下抖動(dòng)，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器靈敏程度進(jìn)行改善，但為了學(xué)生看到最直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議不作調(diào)整。

摩擦力方向的判定和大小的測(cè)定是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，教學(xué)中做好演示實(shí)驗(yàn)是必不可少的。下面兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，供老師們教學(xué)中參考：

1.如圖3所示，加了一個(gè)砝碼的長(zhǎng)毛刷靜止在桌面上，長(zhǎng)毛刷處于直立狀態(tài)，在長(zhǎng)毛刷上施加水平向右的外力時(shí)，毛刷發(fā)生形變，從形變的情況可以形象地確定毛刷受到的摩擦力的方向向左，把加了一個(gè)砝碼的長(zhǎng)毛刷放在斜面上，長(zhǎng)毛刷處于靜止?fàn)顟B(tài)，從毛刷形變的情況可以形象地確定毛刷受到的摩擦力的方向沿斜面方向向上。

2.如圖4所示，將圓盤(pán)測(cè)力計(jì)固定在鐵架臺(tái)上，其掛鉤通過(guò)細(xì)繩和木塊相連，木塊下面壓著較長(zhǎng)的紙條，緩慢的拉動(dòng)紙條時(shí)，可以看到木塊隨紙條一起移動(dòng)，此過(guò)程拉力逐漸增大，測(cè)力計(jì)的示數(shù)也逐漸增大，直到測(cè)力計(jì)的示數(shù)增大到某一數(shù)值后，木塊才相對(duì)紙條有移動(dòng)，這一實(shí)驗(yàn)可說(shuō)明兩物體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，木塊受到的靜摩擦力隨拉力增大而增大，而且有個(gè)最大值。圖1圖2木塊在紙條上滑動(dòng)后，繼續(xù)拉動(dòng)紙條.測(cè)力計(jì)指針將穩(wěn)定地處于某一位置，其示數(shù)即是滑動(dòng)摩擦力的大小，將木塊的側(cè)面壓在紙條上，測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，表明滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面積無(wú)關(guān)。改變木塊與紙條接觸面的材料，測(cè)力計(jì)示數(shù)不同，表明滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面性質(zhì)有關(guān)，在木塊上放置與木塊重量相等的砝碼，使木塊對(duì)紙條的壓力加倍，測(cè)力計(jì)示數(shù)亦加倍，表明滑動(dòng)摩擦力大小與正壓力成正比。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上兩種改進(jìn)措施，可以較好的解決傳統(tǒng)試驗(yàn)中的兩個(gè)最大問(wèn)題：木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)和彈簧測(cè)力計(jì)的計(jì)數(shù)。電動(dòng)機(jī)的使用可以使木塊