摩擦力---2023-2024学年沪教版八年级物理上学期

《摩擦力》 一、使用教材 《摩擦力》选自上海教育出版社，八年级物理第一学期第三章《运动和力》单元第五节《二力平衡》的第二课时。 二、实验器材 （一）情景引入：“不想分开的书” 自制实验器材，材料为：两本科学书、绳子、木棍、工程梯。 （二）摩擦力的方向 自制实验器材：摩擦力方向演示器 材料：Arduino Mega2560 、点阵显示、两片正反向弯曲传感器、海绵泡沫、木板等。 （三）探究影响滑动摩擦力大小的因素 自制实验器材：滑动摩擦力大小演示板 材料：力学传感器2个，数字显示屏、电机、学生可调稳压电源、面板、小木块、长木板、钩码、橡皮筋、电脑及DISlab8.0实验软件等。 （四）写字机器人 材料为： Arduino UNO板、舵机、扩展板、杜邦线、支撑件、白板笔、海绵擦等。 三、实验创新要点/改进要点 （一）自制的摩擦力方向演示器材 功能：演示静摩擦力、滑动摩擦力的方向，如图1、2。 图1 初始状态 图2 在长木板上由静止到下滑 “摩擦力方向演示器”帮助我们从以下几个方面突破本节课的难点： （1）它将抽象的力的方向转换成具体的刷毛弯曲，结果可以实时显示，直观性强； （2）在练习过程中，学生可以根据LED显示的结果进行反思和自我评价； （3）刷毛受到摩擦力的作用发生弯曲，这与先学知识“力可以使物体发生形变”相联系，建立知识间的关联，用旧知助学新知； （4）跨学科综合素养的培养，着眼于学生未来的发展。利用单片机制作的摩擦力方向演示器，为跨学科的综合性知识的学习提供思路。本班级有许多学生已选修校内的大劳技课程“单片机DIY社团”，学生有愿望将自己在物理学习上的思考与社团所学相结合。在校内，我们也正在进行此类课题的探究：《基于Arduino单片机智能控制实现初中阶段物理实验装置的改进和创新》。 （二）自制的探究影响滑动摩擦力因素演示器材 功能：可以实现接触面积、速度、压力、接触面粗糙程度、重力等多种因素是否对滑动摩擦力大小产生影响，如图3、4。 图3 正面 图4 背面 探究影响滑动摩擦力大小因素演示板（以下简称演示板）帮助我们从以下几个方面突破本节课的重点： （1）可以进行基础实验：探究接触面粗糙程度、压力、接触面积、速度等是否影响滑动摩擦力的大小，还可以开展拓展实验：在压力和重力不同时发生变化时，分别探究压力或者重力是否影响滑动摩擦力的大小； （2）不仅一套装置可以非常好地完成实验教学目标，而且操作简单、数据精确、显示清晰； （3）继承了传统实验探究中对影响因素压力、接触面粗糙程度、接触面积的探究方法，又通过改进和创新，实现探究速度、压力、重力是否影响滑动摩擦力的大小。 整个实验装置的设计和改进，从学生的疑问出发，引发学生进行改进方案的思考，实验器材的改进思考进一步加深了学生对实验探究方法和实验过程的理解。 实验改进和创新点有： （1）速度可调。除了可以实现匀速直线拉动以外，通过外接稳压电源实现3种及以上不同的速度； （2）自制DIS显示结构。此装置可以采集拉力的值，由二力平衡的知识可知：F摩擦力=F拉力，利用转换法将摩擦力的大小转换成测量拉力的大小。还可以采集小木块对接触面压力的值，直接显示在显示屏上，方便观察、记录及后面的数据处理。所以最大程度利用数字信息化服务我们的教学，让物理实验更加接近真实、可靠、科学与严谨； （3）解决了水平实验中压力和重力同时发生变化的问题。可以分别探究压力或者重力是否影响滑动摩擦力的大小。 四、实验设计思路和实验原理 （一）自制摩擦力方向演示器材 图5 传统器材 图6 粘上毛刷的器材 图7 摩擦力方向演示器 实验设计思路：摩擦力方向的判断需要学生对摩擦力定义的充分理解，具备一定的思维辨析能力，及丰富的物理情景经验。由于摩擦力“看不见”的特性，学生利用传统器材来理解物体的相对运动或者是相对运动趋势非常困难，如图5。因而让摩擦力的作用效果“看得见”，为学生能感受到摩擦力的存在搭建阶梯。我们在小木块底部粘上毛刷，毛刷放大了小木块底部粗糙不平的表面，并在摩擦力的作用下发生弯曲，刷毛的弯曲说明了物体此刻有相对运动趋势或者相对运动。这样，首先让学生体会到此刻有摩擦力的存在，如图6。摩擦力将阻碍物体相对运动趋势或者相对运动，体现出刷毛有一个大致的弯曲趋势，即为物体受摩擦力的方向。但是，总有一部分同学还是无法将刷毛弯曲的方向和物体所受摩擦力的方向联到一起，并且，学生需要一种更加直观的方式来验证自己的猜想。因而，将摩擦力的方向用箭头的方式，最终显示在LED屏幕上，方