摩擦力实验装置的改进及教学探讨.doc

1、楚 雄 师 范 学 院本 科 生 毕 业 论 文题 目：摩擦力实验装置的改进及教学探讨 系 （院）： 物 理 与 电 子 科 学 学 院 专 业： 物 理 学 （师范） 学 号： 20101041235 学生姓名： 王先会 指导教师： 尹德都 职称： 助教 论文字数： 6612 完成日期： 2014 年 5 月教 务 处 印 制楚雄师范学院物理学（师范）本科论文楚雄师范学院物电系毕业论文原创性声明本人郑重声明： 我呈交的毕业论文“摩擦力实验装置的改进及教学探讨”一文，是本人在指导教师尹得都的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本文不含其他个人或者集体已经发表或

2、者撰写过的研究成果。对本论文的研究作出帮助的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者签名： 日 期： 年 月 日楚雄师范学院物理学（师范）本科论文目 录摘要I关键词IAbstract:IIKeywords:II1 引言 12 中学物理实验教学的重要性及现状分析 1 2.1 中学物理实验教学的重要性12.2 中学物理实验教学的现状分析13 传统摩擦力演示实验的不足 13.1 教材中摩擦力演示实验的不足分析13.2 常用摩擦力演示实验的不足分析 24 摩擦力演示实验装置的创新设计24.1 实验仪器24.2 实验装置的介绍25 教学探讨自制摩擦力演示

3、仪的应用 3 5.1 静摩擦力的定性认识 3 5.2 探究静摩擦力的大小的特点及影响最大静摩擦力大小的因素35.3 探究影响滑动摩擦力的大小的因素46 实验装置改进的优点及可行性分析46.1 实验装置改进的优点46.2 改进实验装置改进的可行性分析47 结束语 4参考文献：5致谢：6楚雄师范学院物理学（师范）本科论文I摩擦力实验装置的改进及教学探讨摘要：本文提出了演示实验在中学物理教学中的作用及功能，指出了目前物理实验教学中存在的不足，重点探讨对物理演示实验改进和创新设计，选取高中物理实验中静摩擦力的演示实验和探究影响滑动摩擦力大小因素的实验进行创新性设计，结合中学物理演示实验教学，从实践角度

4、出发自制物理演示实验教具，得出实验结果，促进学生掌握相关物理知识。关键词：物理演示实验；静摩擦力；滑动摩擦力；改进； 楚雄师范学院物理学（师范）本科论文IIWays to improve the friction and teaching experimental device Abstract: This paper presents a demonstration of the role and function of the experimental physics teaching in secondary schools, pointed out the lack of physic

5、al presence in the present experiment teaching, focusing on improvement of the physical demonstration experiments and innovative design, select high school physics experiment static friction experiments and demonstration explore the factors that affect the size of sliding friction experiments for in

6、novative design, from practice to theory analysis to explore the principles of experimental apparatus as a starting point, homemade physics demonstration experiment teaching aids, the experimental results obtained, and promote students to acquire relevant knowledge of physics. Keywords: physics demo

7、nstration experiments; static friction; sliding friction; improvement;楚雄师范学院物理学（师范）本科论文1摩擦力实验装置的改进及教学探讨1 引言物理是一门以观察和实验为基础的科学。中学物理实验可以分为演示实验和学生实验，两者缺一不可。物理演示实验主要是指密切配合物理课堂教学由教师操作并引导学生观察得出相关结论的实验教学方式 1 ，在物理教学中，认真做好演示实验，对演示实验教学进行改进和创新设计，发掘演示实验中的巧妙构思和方法，从而突出教师主导学生的主体地位。本课题选择中学物理中的摩擦力实验进行改进和创新性设计，实验改进力求达

8、到中学物理新课程标准提出的演示实验尽量使用通用简易器材这一目标，展示最明显的实验现象，加强演示的趣味性，促进学生掌握相关知识。2 中学物理实验教学的重要性及现状分析2.1 中学物理实验教学的重要性物理作为一门以实验为基础的学科，也就是大量的物理定义、定理、规律、定律的得出都建立在大量的实验和实践中，说明物理教学若离开了观察和实验，就成了无源之水，无本之木，就如同空中楼阁 2 。教师进行物理实验教学可用实验室配备的器材，也可以自备自制教具，甚至可以使用学生学习生活中的现有物品，例如用铅笔的两端做固体压强实验，可口可乐瓶做液体压强与深度关系的实验，用牙膏壳做物体的浮沉实验等。既贴近于学生的生活，又

9、能解决缺乏实验器材的难题，更有利于使学生明白物理就在我们身边。常说 “百闻不如一见，百看不如一做” ，在物理教学中开展实验教学，可以加深学生对物理概念和规律理解，是学生获得直观感性认识的重要手段，是物理教学中将理论与实际相结合的重要方法，是物理教学中的一个重要组成部分 3。2.2 中学物理实验教学的现状分析在目前的物理实验教学中，演示实验仍是极其薄弱的环节，部分演示实验现象不明显，演示功能受到限制等不足之处，这种状况将影响学生的知识结构的建立。因此必须强化演示实验教学，提升演示效果 4 。对于不好讲解、内容不新、不易操作的实验应加以改进，使得教师易讲，学生易听。下面我就选取中学物理中比较典型的

10、摩擦力演示实验进行改进，力求器材简易，展示出最明显的实验现象。3 传统摩擦力演示实验的不足3.1 教材中摩擦力演示实验的不足分析普通高中课程标准实验教科书必修一中在对静摩擦力的教学有一个演示实验,如图 1 所示，木F图 1 教材中静摩擦力实验演示原理图F图 2 教材中滑动摩擦力实验演示原理图AB楚雄师范学院物理学（师范）本科论文2块放于桌面上，用手拉动弹簧测力计观察示数和木块的运动情况，得出静摩擦力的相关结论。而课本放于桌面上，用手拉动弹簧测力计观察示数和木块的运动情况，得出静摩擦力的相关结论。而课本上探究影响滑动摩擦力大小的因素及滑动摩擦力和压力之间的定量关系的实验，如图 2 所示，都是手拉

11、着弹簧测力计牵引木块在木板上匀速运动,让学生观察测力计示数, 根据二力平衡得到滑动摩擦力大小 5。尽管这两个实验非常普及，但还存在一定的缺陷，主要表现在以下几个方面：（1）用手拉弹簧测力计读数时不可避免的要有抖动，影响学生的分析判断，也很难保证施加的拉力方向不变 6；（2）探究滑动摩擦力时，要求弹簧测力计匀速拉动木块运动，拉力才等于摩擦力，操作起来不太容易 7。（3）实验内容都不够新颖，不足以提高学生兴趣，难以引发学生思考，探究实验虽然简便直观、但是难以控制变量，没有定量的科学数据加以证明，说服力不够，科学性不强。3.2 常用摩擦力演示实验的不足分析 针对这些不足，一些作者对实验进行了改进，如

12、图 3 所示，观察木块 A 和长木板 B 由相对静止到相对运动的整个过程，以及弹簧测力计的示数，探究出静摩擦力和滑动摩擦力的相关特点。这样的改进的确解决了课本上实验的不足。弹簧测力计是固定的，相对操作者静止，使得读数较为准确，避免了直接拉动木块时因弹簧测力计读数的不稳定所带来的误差 8 ；在探究过程中也不需要匀速拉动木板，操作起来更加容易；但是这个实验仍有不足：由于实验在水平桌面上进行，在探究最大静摩擦力时，后面学生很难观察到木块和长木板刚好滑动的的那个瞬间；实验中弹簧测力计的拉杆处于水平状态，学生很难观察示数，降低了学生的参与度，另一面，由于弹簧测力计处于自重下垂的状态，致使拉杆与外壳之间发

13、生摩擦而产生实验误差；实验器材还是木板加木块，内容不新，不足以激发学生的兴趣。4 摩擦力演示实验装置的创新设计 基于以上研究和分析，我对摩擦力演示实验装置做了进一步的改进，如图 4 所示：4.1 实验器材：底板较光滑的带有滑轮的支架、弹簧秤 、可以调节高度的定滑轮、木块、两辆带轮子相同小车和木板（斗八轮小车） 、水和水桶。 4.2 实验装置的介绍：两辆小车加薄木板自制成一辆带斗的八轮小车，小车置于有滑轮底面较光滑的水平长木板上，水平长木板上固定有弹簧测力计，木块至于小车上，在长木板、小车、木块上分别贴有红色的标记，用来判断它们的相对F图 3 摩擦力实验演示原理图AB图 4 摩擦力实验演装置图楚

14、雄师范学院物理学（师范）本科论文3位置。用手缓慢的拉动小车，可以看到木块和小车相对于长木板一起运动，但木块和小车保持相对静止，弹簧测力计有了示数，根据水平方向上的二力平衡，可得到静摩擦力的大小。继续拉动小车，弹簧测力计的示数增大到某一个数值时，弹簧测力计指针突然缩回，木块相对于小车滑动，之后的摩擦力就是滑动摩擦力。通过以上步骤归纳总结出静摩擦力大小的特点、影响最大静摩擦力和滑动摩擦力大小的因素以及滑动摩擦力的大小与正压力 FN的正比关系。5 教学探讨自制摩擦力演示仪的应用5.1 静摩擦力的定性认识在摩擦力这一节的教学中，基于学生在初中重点对滑动摩擦力进行了学习，对滑动摩擦力的定义及其产生条件等

15、都已经掌握，但对于静摩擦学生还是一个相对陌生的概念，通过施加水平推力却没推动的物体推进行受力分析，学生容易产生以下三种错误的认识：（1)运动的物体不会受到静摩擦的作用；（2）静摩擦力一定阻力；（3）正压力越大，静摩擦力越大。将长木板、小车、木块上分别贴有的红色标记对齐，调节弹簧测力计示数为零，教师用手缓慢的向右拉动与小车相连的细绳，请学生注意观察木块的运动情况，并做相应的记录,教师提醒判断物体是运动还是静止要选择参照物，一般选择地面作为参照物，由于水平长木板是静止的，可以看做是地面。引导学生根据静摩擦力的产生条件：有接触面挤压，接触面粗糙，在弹簧测力计拉力的作用下，木块具有向左的运动趋势，所以

16、受到了静摩擦力的作用，方向是向右的，记录表格如下：根据表格分析学生容易发现：相对于水平长木板运动的木块受到了静摩擦力的作用，即运动的物体也会受到静摩擦力的作用；木块相对于水平长木板向右运动，静摩擦力的方向也是向右的，在运动过程中静摩擦力提供了木块运动的动力，说明静摩擦力不一定是阻力。在此基础上教师稍作引导增加所受正压力的大小，受力分析便知静摩擦力的大小与正压力无关。通过这样一个实验装置的演示来改正学生的错误认识就比直接告诉学生来得更有说服力，同时解决学生的最大疑点：运动的物体也会受到静摩擦力的作用，对“动中有静” 、 “相对静止”也有了更深刻的认识。5.2 探究静摩擦大小的特点以及影响最大静摩

17、擦力大小的因素在上述实验的基础上，继续拉动小车向右运动，引导学生观察弹簧测力计示数在逐渐增大，但小车和木块仍保持相对静止，学生根据二力平衡易得出静摩擦力大小随拉力增大在逐渐增大。教师继续引导提出问题：静摩擦力的大小可无限制的增大吗？继续给小车施加力的作用，学生会观察到弹簧测力计的示数增大到某一个数值时，弹簧测力计指针突然缩回变小到某一个值，此时木块和小车的两个标记刚好错开，即木块相对于小车滑动。说明静摩擦力大小随着木块所受的拉力增大而增大，但有一最大值，教师给出最大静摩擦力这一概念。在木块中放入质量不等的物体，重复上述实验，学生会观察在木块相对于小车滑动的这个瞬间，弹簧测力计的最大示数变大了；

18、把长毛巾和玻木块相对于长木板运动情况木块相对于小车运动情况木块受到静摩擦力方向向右运动 保持静止 方向向右楚雄师范学院物理学（师范）本科论文4璃板分别固定于小车上，重复上述实验步骤，学生会观察到弹簧测力计的最大示数分别变大和变小。师生共同总结出：静摩擦力大小的特点可变化；有范围：（0FFmax)，最大静摩擦力的与正压力的大小和接触面的粗超程度有关 9。5.3 探究影响滑动摩擦力的大小的因素最后探究滑动摩擦力的大小，在上述实验中，木块相对于小车开始滑动之后受到的摩擦力不再是静摩擦力，而是滑动摩擦力。由于滑动摩擦力与相对运动速度是无关的，因此不需要匀速拖动小车，根据二力平衡，弹簧测力计的示数数就等

19、于滑动摩擦力摩擦力的大小。先让小车以较小速度运动，再以较大的速度运动，学生会观察到弹簧测力计的示数两次都是一个稳定的且相同的数值；在木块中放入质量不等的砝码，重复上述实验，学生会观察到弹簧测力计的示数在变大；把长毛巾和玻璃板分别固定于小车上，重复上述实验步骤，学生会观察到弹簧测力计的大示数分别变大和变小。师生共同总结出滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、正压力有关，但以物体的运动快慢无关。通过观察实验的结果，对已获得的滑动摩擦力和压力的实验数据进行计算分析很容易发现，它们比值的大小相差不大，在实验允许的误差范围内，滑动摩擦力和正压力的比值是相等的，由此得出了滑动摩擦力与压力的正比关系，直接引出

20、动摩擦因素 ，得到滑动摩擦力的计算式：fF N。6 实验装置改进的优点及可行性分析6.1 实验装置改进的优点该实验装置在实习期间已用于课堂教学，由于仪器不在是初中摩擦力探究实验中的木板加木块，自制八轮小车的引入解决内容不够新颖、难以引发学生思考这一问题，大大地提高了学生的探究兴趣；弹簧测力计被竖直固定，没了自身自重下垂所带来的误差，学生度数变得容易，提高了学生的参与度，探究摩擦力大小时容易控制变量，有了定量的科学数据加以证明，增强了理论的说服力，提高了课堂效率；三个红色标记方便判断长木板、小车、木块三者之间的相对位置，特别是木块相对于小车滑动的瞬间的位置变化，即静摩擦力存在最大值且比滑动摩擦力

21、略大这一特点 5 。通过了解得知，用该装置进行摩擦力这一节新课讲授达到的教学效果是非常不错的，在整个学习过程中，学生的思维是积极主动的，在教师的引导下自己去观察、分析、归纳总结得出结论，提高学生自主学习反思的能力，具有定量的数据加以证明，学生易于接受。6.2 改进实验装置的可行性分析可行性分析：本实验中使用到的小车、定滑轮、弹簧测力计、木板、木块等都是中学物理实验中常用的，只需做个支架固定弹簧测力计，方便学生读数即可；弹簧测力计选择较大的那种，增大实验的可见度；实验简单，易于操作，教师在课前只要训练一下，就能保证实验的成功。7 结束语在物理教学的过程中，演示实验可以充当很多的角色，可以作为问题

22、实验引入新课，可以作为教学实验放于新知识的讲解过程中，本文的摩擦力实验就是非常典型的教学实验，又可以作为兴趣实验放在学习新知识以后来完成，旨在提高学生学习兴趣和学以致用的能力。“摩擦力演示实验”是高中物理力学部分的内容，本文中笔者在对比分析课本及其他人的方案的基础上加以改进，利用楚雄师范学院物理学（师范）本科论文5简单的材料组装成装置来对摩擦力进行探究，解决了文中提到的问题，演示实验可见度好方便研究、以上方法目前在各种刊物以及所见仪器中未见使用，用这样的方法让学生更能理解摩擦力的特点及其相关规律。参考文献：1程彧.演示实验在物理教学中的作用J.射阳县四明初级中学，考试周刊，2008（45):1

23、602李新峰.浅谈初中物理实验教学的重要性J.学月刊 ，2012(16):73-74.3傅文霞.浅谈选择有效教学手段,提高物理教学质量J.祖国教育版，2012(11):218-219.4吕兰凡.加强实验教学 提高教学质量J.读写算教研版,2012(8):153.5张大昌.普通高中课程标准实验教科书,物理1( 必修)M.人民教育出版社,2008,5.6罗俊锋.静摩擦力演示实验的改进J.湖南中学物理，2011(1):42.7唐前军，汪志刚.高中“滑动摩擦力”实验教具的改进研究J.物理教学探讨,2013(5):61-62.8何临红.关于高中物理 （新课标）必修一实验 摩擦力的几个实验J.读写算教研版，2010(34):105-108.9曹开静.“探究影响摩擦力因素实验”的改进方案J.物理教学探讨，2009(3):61-62.10廖伯琴.普通高中课程标准实验教科书, 物理1( 必修)M.山东科学技术出版社, 2008,7.11杜敏.普通高中课程标准实验教师教学用书,物理1( 必修)M.人民教育出版社, 2007,4.12章强,庞惠华.“摩擦力”实验设计的改进J.物理教师,2012,33(11):39-42.