61《运动与摩擦力》一课的文本解读及思考公开课教案教学设计课件资料.docx

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1、运动与摩擦力一课的文本解读及思考叶晓林缪萍萍【摘要】在用弹簧测力计测量摩擦力大小叶，有的老师会选择物体刚启动时读数，也有的老师会选择物体匀速运动过程中读数。孰是孰非，似乎很难抉择。基于此，我们采用一系列的对比实验，从力学理论分析入手，研讨了最大静摩擦力和动摩擦力之间的异同，以及阐述了如何选择的理由。此外，还对“测量时为什么要沿水平方向拉动”和“摩擦力大小与重力之间的关系”作了深入的分析与研讨。【关键词】运动摩擦力静摩擦力动摩擦力摩擦力是经典力学中的一个名词，是指两个互相接触的物体有弹力，当它们发生或有趋势发生相对运动时，就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力。在教科版小学科

2、学五年级上册“运动和力”单元就涉及了相关内容运动与摩擦力、滑动与滚动。这块内容看似很简单，一线教师在实际教学中却是疑惑重重。究其本因，那就是科学教师自己对摩擦力这个知识点还没有深入的解读和透彻的领悟，知其然而不知其所以然。为此，本文从运动和摩擦力一课出发，提出并研讨解决三个问题，以作文本解读。一、静摩擦力与动摩擦力一样吗科学教材中给出的摩擦力概念是：一个物体在另一个物体表面运动时，两个物体的接触面会发生摩擦，因此运动物体要受到一种阻碍运动的力，这种力叫摩擦力。测量方法是：我们用测力计沿水平方向拉一个物体，刚好能使这个物体运动起来的力就相当于是它受到的摩擦力。教学实践中，有些教师就用教材提供的方

3、法进行测量。但也有相当一部分教师为了降低测量时读数的难度等原因，选择了匀速拉动物体的过程中读数。似乎教师们对这两种做法都认同，但大多缺乏进一步的思考。显而易见，第一种测量方法测出来的是最大静摩擦力，而第二种方法测出来的是动摩擦力（滑动摩擦力）。顺带说明一下：义务教育课程标准实验教材科学教师教学用书五年级上册第134页倒数第三行，将第一种方法测出来的称作为“动摩擦力”，是错误的。那么，同一物体的最大静摩擦力和动摩擦力能否混为一谈？它们大小相同吗？我们还是先用实验数据来说话。(-)最大静摩擦力和动摩擦力的大小比较笔者设计了三组实验：在光滑桌面、IOOO目砂皮纸、280目砂皮纸上拉同一物体，分别测量

4、物体刚启动时的最大静摩擦力和匀速运动过程中的动摩擦力。测量时只改变接触面的光滑程度，尽可能控制其他相关变量。实验过程如图所示:第一组实验：在光滑桌面上的对比。图1(a)物体刚刚被拉动时的摩擦力图2(a)物体匀速运动时的摩擦力(光滑桌面)第二组实验：在砂皮纸(1000目)上的对比。图3(b)图4(b)物体测量匀速运动时的摩擦力(IOOo目砂皮纸)物体刚刚被拉动时的摩擦力(IoOO目砂皮纸)物体匀速运动时的摩擦力（280目砂皮纸）汇总整理上述三组实验数据，得出表1：表1同一物体在不同接触面受到的最大静摩擦力和动摩擦力对比不改变的条件改变的条件（接触面光滑程度）物体刚启动时的摩擦力物体匀速运动时的摩

5、擦力两者相差钩码的数量等光滑桌面0.90N0.60N0.30N砂皮纸（1000目）1.70N1.55N0.15N砂皮纸（280目）1.75N1.45N0.30N从数据中我们可以看到，不管接触面的光滑程度怎样变化，测得“刚启动时的摩擦力”与“匀速运动时的摩擦力”数值上都是不同的。而且，数值上还呈现出一个很有趣的规律：“刚启动时的摩擦力”总是大于“匀速运动时的摩擦力”。为什么会这样呢？（-）为什么最大静摩擦力总是大于动摩擦力在物理学中，摩擦力分为两种：一种是两接触物体之间存在相对滑动时，接触面上产生阻碍对方滑动的阻力称为动滑动摩擦力，简称动摩擦力；另一种是两个相互接触的静止物体，当接触表面之间有相

6、对滑动的趋势，会产生阻碍相对滑动的阻力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。当外力增大时，静摩擦力也随着增大，但当外力增大到一定数值时，物体就会运动，可见静摩擦力增到一定数值后就不能再增大了，这一数值的静摩擦力叫做最大静滑动摩擦力，简称最大静摩擦力。因此，测量物体刚刚运动起来的力就相当于是测量了物体的最大静摩擦力；而测量匀速运动时的摩擦力就相当于是测量了物体的动摩擦力。动摩擦力大小与两物体间的正压力FN成正比。即Fd=fdFN,其中fd为动摩擦系数。最大静摩擦与两物体间的正压力FN的大小成正比，即FmaX=FN0式中，U为静摩擦系数。物理学研究表明：同一物体的动摩擦系数和静摩擦系数是不同的，并且静摩

7、擦系数大于动摩擦系数。江西省新余学院退休老教授谢世汉老师曾经刊文为什么静摩擦系数大于动摩擦系数，当中提出了几个观点：1 .摩擦力的产生存在于“粘着”和“微凸体互嵌”两种表面相互作用之中。2 .决定摩擦系数大小的因素：组成摩擦偶件的材料的分子结构；表面加工的粗糙度；表面相对静止接触时间；材料的弹塑性物理特性；表面覆盖物；动摩擦时夹杂在两表面之间的微粒。3 .动摩擦与静摩擦的差异（I）表面相对静止接触时间，静摩擦大于动摩擦。（2）动摩擦时表面的物理特性不同于静摩擦，而且可以回收一部分弹性形变能。（3）动摩擦时两表面之间有微粒夹杂，削弱两种表面相互作用。谢教授的几个观点表述都相当专业，我们取其部分内

8、容作简单化理解：不管物体间的接触面多少光滑，它们的表面都存在着凹凸体。将发生摩擦的两个物体的接触面放大（如图7）,可以看到，最大静摩擦时，物体从静止到运动的任务是要把没有变形的粗糙面切向挤压到形变的程度，而滑动摩擦是在接触面已经产生形变的基础上，只需克服前面还未发生形变的粗糙颗粒，从这个模型来看，静摩擦力应该大于滑动摩擦力。静摩擦滑动摩擦Aaaawwwwww图7(a)图7(b)（三）教学时究竟该选择哪种方法测量摩擦力大小现在我们已经得出了科学的结论，最大静摩擦力和动摩擦力是物理学上两个不同的概念，它们的大小也不同，教学时绝不可混淆不清。那作为小学教师又该如何设计教学呢？深入反思，不外乎三种可能

9、：第一种教学设计：尊重教材，按部就班。也就是说还是采用测最大静摩擦力的方法，并用这种方法探究“摩擦力大小与接触面状况的关系”和“摩擦力大小与物体重力的关系”。继而到下一课滑动与滚动中再学习动摩擦力的测量方法。这样设计的优点是让学生都体验到了两种摩擦力的测量方法，尽管学生面前没有提及“静摩擦力”、“动摩擦力”这两个概念，但已作无形渗透，为今后的学习起到了铺垫作用。这样设计最大的缺点是无法与初中教材接轨，浙江教育出版社出版的初中科学七下第三章第六节教材中，探究“摩擦力大小与什么有关”的实验中，采用的是滑动摩擦，即物体在匀速运动中读数。第二种教学设计：降低难度，弃“静”留“动”O这样的设计就将与“静

10、摩擦力”相关的内容和测量方法都删除了，从头到尾都采纳“动摩擦力”。优点是大大降低了教师“教”和学生“学”的难度，且和初中教学接轨。唯一缺憾就是舍去了“静摩擦力”，总觉得在学生的认知铺垫上少了一个支柱。第三种教学设计：全新解读，科学授之。意思就是干脆全部放开，开始教学就告诉学生两种摩擦力以及不同的测量方法，然后选择“物体匀速运动过程中读数”这种方法来研究“摩擦力大小与什么有关”，以及后一课“滑动与滚动”。这样设计的优点无需赘述，不足之处在于是否和五年级孩子的认知水平合拍？一堂课40分钟教学能否完成这个量的教学任务？老师们，权衡利弊之后又该如何抉择，是否还有更恰当的第四种、第五种教学设计？相信这也

11、是一个见仁见智的过程，期待精彩！二、测摩擦力时，为什么要沿水平方向拉物体摩擦力在人们日常生活中几乎无处不在。人们能够顺畅走路不至于滑到、手握住物体等活动都是因为摩擦力的存在。从摩擦力概念得知，运动物体的摩擦力方向是与物体相对运动方向相反的。因此，不同情况下摩擦力的方向各不相同，实际生产、生活中分析摩擦力方向是一个非常复杂的过程。而小学科学教材中非常巧妙地避开这个问题，直接提示用弹簧测力计测量水平方向运动物体受到的摩擦力。笔者认为教材这样设计的原因有以下三点：第一，在水平面上测量摩擦力，使后面的实验研究更科学。一个物体在水平方向被匀速拉动或有运动趋势时，它在水平方向只受到拉力和摩擦力，因为物体匀

12、速运动或者相对静止，水平方向这两个力受力平衡，所以作用于物体的拉力大小就等于摩擦力的大小。并且在水平方向运动的前提下，教材中“摩擦力大小与物体重力之间的关系”的结论才能成立，关于这一论点笔者还将在本文第三部分中作详细阐述。第二，水平方向拉动最符合学生操作水平。学生在前一课学习了弹簧测力计的使用方法，并且使用弹簧测力计测量了多种物体的重力。在学习弹簧测力计时，要求使用弹簧测力计时一定要竖直测量，原因是不能让里面的弹簧和测力计的外壳发生摩擦，使测量数据产生太大的误差。在运动与摩擦力一课中使用弹簧测力计测量物体运动时的摩擦力，较之前竖直测量物体重力的操作难度增加，要求弹簧测力计不能和桌面接触，并尽量

13、与物体的运动方向一致。如果沿斜坡拉动或者沿水平面弯曲着拉动，操作难度会大大增加。因此设计水平方向拉动是最符合学生操作水平的。第三，研究水平方向运动物体受到的摩擦力是最简单的。水平方向拉动的物体受力分析比较简单，测力计显示的力的大小就是物体受到的摩擦力的大小。教材中明确提示：我们用测力计沿水平方向拉一个物体，刚好能使这个物体运动起来的力就相当于是它受到的摩擦力。其中的“相当于”意思指的是大小相同而方向不同，这一点教师也应该充分认识。关于运动物体摩擦力的方向的教学，大多数教师都只是依照教材中所给予的概念，一带而过，其实学生对于摩擦力的方向并不是真正的理解。对此，教师可以利用软毛擦，如图8所示进行教

14、学，图8(a)中软毛擦水平方向没有受到力，因此没有变形，而图8(b)中软毛擦水平方向受到向右的力，软毛向左弯曲，充分显示出物体运动后受到的摩擦力方向。学生只有在真正理解内化了摩擦力的方向后，才可能在随后进行的学习中更好地理解摩擦力以及它的测量方法。图8（a）图8（b）综上所述，“测力计沿水平方向拉物体”来测量摩擦力的方法是非常符合五年级孩子年龄特征的。三、摩擦力大小和重力有关系吗怀疑摩擦力大小物体重力之间的关系，同行们或许会嗤之以鼻。笔者曾有幸在一次区中小衔接的研训活动上执教此课，到了评课、议课环节，中学教研员一本正经地提出抗议，这样表述是不科学的。几乎令全场小学科学教师愕然！为了证明我们小学

15、科学教师的“清白”，我们还是用数据来说话，先来下水重做教材中“研究摩擦力大小与物体重力的关系”实验。该实验只改变的是纸盒中钩码的数量，同时保持接触面光滑程度等其他条件一致（如图9）O汇总整理三组实验数据，如表2：图9表2摩擦力大小与物体重力关系实验记录不改变的条件要改变的条件（钩码的数量）摩擦力大小（滑动摩擦力）接触面（桌面）3O.55N20.40N10.20N从数据中可以看出，当增加钩码的数量，也就是增大了物体的重力时，摩擦力的大小有了明显的增大。于是，就可以得出和以往实验一样的结论“物体重，运动时的摩擦力大；物体轻，运动时的摩擦力小。”这个结论怎么会不对呢？！（-）动摩擦力与物体重力有关吗由于本次实验测量的是物体运动时的摩擦力，因此就先以影响动摩擦力的大小的因素来分析这个问题。在本文第二部分内容中，已经提到动摩擦力大小与两物体间的正压力成正比。即Fd=fdFN,其中fd为动摩擦系数。所谓的正压力就是垂直作用在物体之上的压力，当物体沿桌面水平方向运动时，物体在垂直方向只受到重力和桌面对它的支持力。此时，作用在桌面上的正压力大小可以等同于物体受到的重力大小。在这样的特定条件下，前面得出的结论“物体重，运动时的摩擦力大；物体轻，运动时的摩擦力小。”是可以成立的。当物体沿斜面运动（如图10）时，物体对斜面的正压力大小就不是物体的重力，而是物体的