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學(xué)生通過對日常生活現(xiàn)象的觀察,對“影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”提出合理的猜想,鼓勵(lì)學(xué)生大膽說出自己的想法,通過“合理假設(shè)”、“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、“實(shí)驗(yàn)探究”、“合作交流”、“歸納整理”等教學(xué)流程培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考并獲取知識的能力,通過實(shí)踐學(xué)生會更深刻地理解影響摩擦力大小的兩個(gè)重要因素———“壓力”和“接觸面粗糙程度”,從而形成深刻的記憶,增強(qiáng)其動(dòng)手操作的能力,為接下來的物理學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
2.規(guī)律的總結(jié)總是借助一定的實(shí)踐活動(dòng)來完成,組織學(xué)生動(dòng)手操作,是此次教學(xué)的重點(diǎn)
教師為學(xué)生實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備必要的器材,其中包括彈簧測力計(jì)、長方體木塊、正方體木塊、等質(zhì)量等底面積的鐵快和銅塊、木板、玻璃板、毛巾、小木棍、實(shí)驗(yàn)記錄表格。教具準(zhǔn)備齊全后,學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),由他們自行選擇他們認(rèn)為應(yīng)該用到的實(shí)驗(yàn)器材,以便證明他們猜想的正確性。實(shí)踐活動(dòng)開始前,教師應(yīng)介紹此次活動(dòng)的流程及注意事項(xiàng),強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作精神,同時(shí)讓各個(gè)小組自行安排,做好組員任務(wù)分工,做好實(shí)驗(yàn)記錄,共同完成此次實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過程中,教師要注意觀察各個(gè)小組的操作流程,及時(shí)糾正他們的錯(cuò)誤,指導(dǎo)學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,各小組進(jìn)行交流,分享實(shí)驗(yàn)成果
此刻,對于各小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,無論他們正確與否都要給予鼓勵(lì),肯定他們敢于猜想,大膽實(shí)踐的勇氣。小組交流結(jié)束后,教師要公布正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,強(qiáng)調(diào)在計(jì)算有關(guān)摩擦力的大小時(shí),應(yīng)先判斷該摩擦力是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力。再根據(jù)通過實(shí)驗(yàn)推算出的公式進(jìn)行計(jì)算?;瑒?dòng)摩擦力的大小計(jì)算公式為f=μN(yùn),式中的μ叫動(dòng)摩擦因數(shù),也叫滑動(dòng)摩擦系數(shù),它只跟材料、接觸面粗糙程度有關(guān),跟接觸面積大小無關(guān)。N為正壓力。經(jīng)過總結(jié),讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)靜摩擦力與物體的平衡條件的相關(guān)關(guān)系。公布正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果以后,布置學(xué)生完成一項(xiàng)特殊的家庭作業(yè):觀察家里與摩擦力有關(guān)的現(xiàn)象并指出其屬于滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力,測量出摩擦力的大小。作業(yè)批改以后,給予表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生特殊的獎(jiǎng)勵(lì)。初中階段的物理教學(xué)是青少年進(jìn)入物理知識殿堂的啟蒙培育,它主要是通過對周圍事物的觀察來獲取物理知識,訓(xùn)練學(xué)生從生活中獲取知識的能力,而這個(gè)階段學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方法、自身綜合能力的養(yǎng)成等對于接下來的高中階段的物理學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。
【教材分析】
本節(jié)可包括以下三部分的內(nèi)容:
(1)通過常見事例或?qū)嶒?yàn),了解摩擦力;(2)決定滑動(dòng)摩擦力大小的因素;(3)增大、減小摩擦的方法。在講述摩擦力時(shí),為了不使問題復(fù)雜化,教材中沒有提出靜摩擦的問題,而是統(tǒng)稱為摩擦。教材對滾動(dòng)摩擦也沒有單獨(dú)講述,而是作為減小摩擦的方法來介紹的。教材中沒有具體講述摩擦力產(chǎn)生的原因,教學(xué)中使學(xué)生有所了解即可,不必引申。教材首先通過分析一些事例使學(xué)生認(rèn)識摩擦力的存在,并在此基礎(chǔ)上說明摩擦力是阻礙物體相對運(yùn)動(dòng)的;隨后研究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)。摩擦在生活和生產(chǎn)中都有重要的意義,教材最后用較大篇幅講述了增大摩擦和減小摩擦的方法。
雖然教學(xué)的重點(diǎn)在于應(yīng)用摩擦知識解釋實(shí)際現(xiàn)象,學(xué)會根據(jù)不同條件選擇增大或減小摩擦的方法,但這些應(yīng)用都基于對影響摩擦力大小因素的理解,因此,應(yīng)充分重視研究影響摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)。
【教學(xué)目標(biāo)】
1.知識與技能。
①知道滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度、接觸面之間壓力的大小有關(guān);
②知道摩擦在實(shí)際中的意義及增大和減小摩擦的方法,并能在日常生活中應(yīng)用這些知識;
③進(jìn)一步熟悉彈簧測力計(jì)的使用方法;
④培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、培養(yǎng)學(xué)生利用知識解決實(shí)際問題的能力。
2.過程與方法。
經(jīng)歷探究滑動(dòng)摩擦力與壓力、接觸面粗糙程度關(guān)系的過程,體會怎樣進(jìn)行科學(xué)的猜想,理解在研究多因素問題中怎樣運(yùn)用“變量控制”的方法。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀。
培養(yǎng)學(xué)生探究勇氣、實(shí)事求是地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度以及與他人交流與合作的精神。
【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】
本節(jié)教材的重點(diǎn)是探究摩擦力的大小與什么因素有關(guān)的探究。對于教材中的知識點(diǎn),學(xué)生大都能理解和掌握,但更重要的是讓學(xué)生在探究能力培養(yǎng)和探究過程體驗(yàn)方面,通過對影響滑動(dòng)摩擦力大小的各種因素的實(shí)驗(yàn)探究,突出“猜想與假設(shè)”這個(gè)環(huán)節(jié),同時(shí)認(rèn)識在探究過程中“控制變量法”的意義和方法并熟練地記錄測量數(shù)據(jù)的表格的設(shè)計(jì)。
【教學(xué)設(shè)計(jì)思路】
本節(jié)課我打算采用以教師引導(dǎo),學(xué)生探究和實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式教學(xué)。將全班分為10個(gè)組,分別探究影響滑動(dòng)摩擦力的因素。
【教具】
對于每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組,準(zhǔn)備了相同的器材:一個(gè)彈簧測力計(jì)、摩擦計(jì)、兩個(gè)鉤碼、一塊木板、一塊棉布、一條毛巾。另準(zhǔn)備玻璃球30個(gè)、帶芝麻的花生豆30個(gè)、筷子若干。多媒體課件。
【教學(xué)程序設(shè)計(jì)】
一、創(chuàng)設(shè)情境,引入課題
先播放一段多媒體畫面:在冰面上或穿上旱冰鞋在光滑的地面上行走;汽車在雪地上艱難行走,當(dāng)輪胎上裹有鐵鏈后就能前進(jìn)自如了;生銹的鐵鎖打不開,當(dāng)加了幾滴油后就可以打開了;運(yùn)動(dòng)員賽跑時(shí)穿著帶有鐵釘?shù)呐苄取?/p>
看完這個(gè),我們再做一個(gè)游戲,游戲規(guī)則是這樣的:全班分成十個(gè)組,每組選擇一名同學(xué),同學(xué)分別把兩種數(shù)量相同的玻璃球和外面裹著芝麻的花生豆,用同樣的筷子從一個(gè)盒子夾到另一個(gè)盒子中,看一看哪一個(gè)容易夾起。
提問:為什么夾玻璃球不容易?
學(xué)生回答(學(xué)生利用生活中掌握的知識會解釋原因),引入新課。
二、新課學(xué)習(xí)
1.介紹滑動(dòng)摩擦力的概念及摩擦的分類。
先請同學(xué)們把手平放在桌面上,手心朝下,一起來做幾個(gè)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。
(1)手平放在桌面上,用力推或拉,使手在桌面上運(yùn)動(dòng),感受有沒有一個(gè)阻礙手運(yùn)動(dòng)的力;
(2)手平放在桌面上,用力推或拉,但保持手不動(dòng),感受有沒有一個(gè)阻礙手運(yùn)動(dòng)的力;
(3)手平放在桌面上,保持手不動(dòng),也不用力推或拉,感受有沒有一個(gè)阻礙手運(yùn)動(dòng)的力。
師問:這個(gè)阻礙手運(yùn)動(dòng)的力是什么力?
學(xué)生回答。(摩擦力。)
師出示課件:用二個(gè)長毛刷毛對毛合在一起,并產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng),讓學(xué)生看到二個(gè)毛刷的毛分別產(chǎn)生向不同方向的彎曲。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生得出摩擦力是在兩個(gè)物體表面間產(chǎn)生的,這個(gè)力的作用是“阻礙”物體的相對運(yùn)動(dòng)。并且學(xué)生也會通過兩個(gè)面的刷毛的彎曲方向不同進(jìn)一步理解每個(gè)面受到摩擦力的方向。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出摩擦的概念。
師問:誰來給摩擦力下個(gè)定義。
學(xué)生回答,其他學(xué)生補(bǔ)充。
師出示課件:摩擦力的定義,并指出定義中的重點(diǎn)詞,如“相對運(yùn)動(dòng)”“阻礙”等。
出示多媒體課件:摩擦力的種類分為滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦以及靜摩擦,以及各自的概念。(課本中是把滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、靜摩擦合在一起的,沒有具體的區(qū)分,我在這里簡單地向?qū)W生解釋了三種摩擦的區(qū)別。)
師:哪位同學(xué)能在日常生活你認(rèn)識的摩擦中分別舉出這幾種摩擦的例子。
學(xué)生回答。(教師給予指正。)
師指出:當(dāng)你推箱子時(shí),箱子越重,推起來越費(fèi)力;地面越粗糙,推起來越費(fèi)力。看起來,影響摩擦力大小的因素可能有什么?接下來我們來探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素。
2.探究:摩擦力的大小與什么因素有關(guān)。
(1)進(jìn)行猜想與假設(shè)。
師:同學(xué)們猜一猜滑動(dòng)摩擦力的大小可能與哪些因素有關(guān)呢?
學(xué)生猜想并回答。
學(xué)生1:滑動(dòng)摩擦力的大小是否與壓力有關(guān)?
學(xué)生2:是否與接觸面的粗糙程度有關(guān)?
學(xué)生3:是否與物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)?
學(xué)生4:是否與接觸面面積的大小有關(guān)?
師:同學(xué)們,你們每個(gè)組都有一些器材,請你們根據(jù)這些器材來驗(yàn)證你們的猜想。
(2)指導(dǎo)學(xué)生制定探究計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
師:用什么工具來測滑動(dòng)摩擦力?
生:彈簧測力計(jì)。
師:彈簧測力計(jì)的拉力和摩擦力是同一個(gè)力嗎?
生:不是。
師:如何才能從彈簧測力計(jì)的讀數(shù)中知道滑動(dòng)摩擦力的大?。?/p>
生:根據(jù)二力平衡的知識。
師:那么實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該讓木塊做怎樣的運(yùn)動(dòng)?
生:勻速直線運(yùn)動(dòng)。
師:這時(shí)的彈簧測力計(jì)應(yīng)該怎樣調(diào)零?
生:放在水平方向然后調(diào)零。
師:影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素可能不止一個(gè),那我們在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該注意運(yùn)用怎樣的科學(xué)研究方法?(控制變量法。)
學(xué)生小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,每個(gè)小組只選擇一個(gè)問題進(jìn)行探究,得出結(jié)論。
師:請每組派一位同學(xué)到講臺前說說他們組制定出的探究計(jì)劃,并在黑板上畫出他們設(shè)計(jì)的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格。在這個(gè)過程中,注意引導(dǎo)全班同學(xué)對他們方案的理解,特別是對實(shí)驗(yàn)記錄表格的設(shè)計(jì)要進(jìn)行必要的指導(dǎo)。對不太科學(xué)的地方引導(dǎo)本組或其他組同學(xué)補(bǔ)充完善。
(3)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)記錄,分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中教師要進(jìn)行巡視,并適時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,四個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的代表公布自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),全班同學(xué)共同對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。無論學(xué)生的猜想是否與實(shí)驗(yàn)的結(jié)論相符,都要對學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì),肯定他們的這種實(shí)事求是的探索精神。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,還可以鼓勵(lì)學(xué)生思考:能不能固定彈簧測力計(jì)不動(dòng)而只拉動(dòng)木板呢?為什么?并且讓學(xué)生們再簡單操作一次,讓他們自己發(fā)現(xiàn)這樣拉動(dòng)時(shí)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)比較穩(wěn)定,容易讀出正確數(shù)值,實(shí)驗(yàn)效果更好,而且這也更能幫助他們理解“相對運(yùn)動(dòng)”的含義。
(4)師出示課件:讓學(xué)生都能看清整個(gè)影響摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn),并得到明確答案是壓力和接觸面的粗糙程度。
師:對于摩擦力來說有時(shí)有用,有時(shí)有害,那么如何增大有益摩擦,又怎樣減小有害摩擦呢?接下來我們一起看一個(gè)短片。
3.怎樣增大和減小摩擦。
(1)播放影音資料有趣的摩擦。(播放視頻《鬼子來了》中潘長江所飾鬼子踩在倒了豆子的地面上摔跤的情景。還有小朋友捉泥鰍的畫面,一捉一滑。播放畫面:搬油桶,“移”重于泰山,“滾”輕于鴻毛。)
師問:短片中是如何增大和減小摩擦的?
生答:讓學(xué)生結(jié)合通過實(shí)驗(yàn)探究得出的結(jié)論、學(xué)生剛列舉的現(xiàn)象、播放的視頻及課本中的實(shí)例,辯證地認(rèn)識摩擦力在生活中的利與弊,得出增大和減小摩擦的方法。
增大摩擦:A. 增大壓力;B. 增大接觸面的粗糙程度。
減小摩擦:A. 變滑動(dòng)為滾動(dòng);B. 使接觸面分離:①加油②利用電磁場③壓縮空氣。
師出示課件給總結(jié)。
(2)師問“除了短片中的這些摩擦外,在生活中還有什么地方存在摩擦,人們是怎樣增大和減小摩擦的?”
師:我們生活中處處幾乎都有摩擦,那么假如生活中沒有了摩擦?xí)趺礃幽兀?/p>
學(xué)生想象,大膽發(fā)言。
師:從同學(xué)們剛才的話中我們都聽出來了,我們的生活中離不開摩擦。隨著科學(xué)的發(fā)展,我們會不斷地改進(jìn)和創(chuàng)造,把我們的國家建設(shè)得更加美好。
4.當(dāng)堂反饋。
(1)采用討論的形式,討論:
師出示課件:假如生活中沒有摩擦力……
生:學(xué)生討論,假如我們的生活中沒有了摩擦力會是什么樣呢?
(2)用多媒體播放一段文字并配上錄音,介紹生活中無處不在的摩擦,加深對摩擦力的認(rèn)識。
5.當(dāng)堂檢測。
見多媒體課件。
6.課后小結(jié)。
本節(jié)課同學(xué)們表現(xiàn)很出色,學(xué)習(xí)很認(rèn)真,那么你在本節(jié)課的最大收獲是什么呢?印象最深刻的是什么?你還想知道什么呢?(學(xué)生回答,完成自我小結(jié)。)
三、擴(kuò)展延伸
“今天同學(xué)們實(shí)在是太棒了,個(gè)個(gè)都是學(xué)習(xí)的能手!那么,你們還想不想研究什么呢?老師這里還有幾個(gè)很難研究的問題,在座的學(xué)習(xí)能手們誰敢接受挑戰(zhàn)?”出示小紙條:①破解黃鱔善于逃走的秘密;②打桌球時(shí)擦的滑石粉有什么用?③下大雪時(shí),行走在公路上的汽車的輪胎為什么要綁上鐵鏈?
學(xué)生總結(jié)一節(jié)課的收獲。
四、課后作業(yè)
觀察自行車上哪些地方存在摩擦,其中哪些是有益的,哪些是有害的,分別是采用什么辦法來增大或減小它們的。
【設(shè)計(jì)反思】
1.本節(jié)課能很好地體現(xiàn)教與學(xué)的交往、互動(dòng)。在教學(xué)過程中,師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充,從而達(dá)到共識、共享、共進(jìn),順利地完成了探究任務(wù)。
關(guān)鍵詞:摩擦力;教學(xué)設(shè)計(jì);教學(xué)效果
中圖分類號:G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2015)01-092-02
學(xué)情分析
八年級學(xué)生剛接觸物質(zhì)科學(xué),通過運(yùn)動(dòng)與力展開對物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)的探究,充滿好奇、陌生,但又不知從何入手。雖已知科學(xué)探究的方法與步驟,但在實(shí)際的操作中還存在一定的差距,尤其是農(nóng)村學(xué)生,學(xué)習(xí)全憑感覺與興趣,隨意性很大。因此讓學(xué)生在課堂上盡可能地動(dòng)起來,積極參與活動(dòng)探究,可能會事半功倍。
教學(xué)目標(biāo)
1、知識技能
能說出摩擦力意義,會區(qū)分靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦;
知道滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān);
知道減小和增大摩擦的方法。
2、過程與方法
經(jīng)歷探究實(shí)驗(yàn)的過程,學(xué)習(xí)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)規(guī)律的方法;
通過學(xué)習(xí)、查閱資料,了解摩擦在生活和生產(chǎn)中的意義;
學(xué)會用科學(xué)語言表述控制變量法。
3、情感態(tài)度與價(jià)值觀:
(1)通過探究使學(xué)生體驗(yàn)到自主合作探究的樂趣,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
(2)通過對知識的應(yīng)用,使學(xué)生認(rèn)識到知識的重要性和對社會的價(jià)值。
教學(xué)重難點(diǎn)
1、重點(diǎn):通過具體事例引導(dǎo)學(xué)生思考增大、減小摩擦的方法;決定摩擦力大小的因素。
2、難點(diǎn) :探究決定滑動(dòng)摩擦大小因素的活動(dòng)。
教學(xué)方法
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)理念,結(jié)合學(xué)情,采用直觀教學(xué)法、科學(xué)探究、歸納等方法,通過觀察、實(shí)驗(yàn)、討論以及教師的引導(dǎo),點(diǎn)撥總結(jié),從而獲取知識,充分體現(xiàn)學(xué)生為主體教學(xué)原則。
教學(xué)工具
彈簧測力計(jì)、鉤碼、木塊以及學(xué)生身邊可利用的物品。
教學(xué)過程
你走在地面上與走在冰面上,哪個(gè)容易摔倒?陷在雪地里車子會發(fā)生什么狀況?然后讓學(xué)生用手按在桌面上滑動(dòng),體會手的感覺。用板擦擦黑板,筆在紙上寫字,用橡皮擦去鉛筆字,這些都是一個(gè)物體在另一物體滑動(dòng)時(shí),感受到的阻礙,即摩擦。
設(shè)計(jì)意圖 通過設(shè)疑創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境,可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及對知識渴求的積極性,還可以讓學(xué)生迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。
閱讀書本P19的活動(dòng),仔細(xì)閱讀《科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)練習(xí)冊》P13的“過程與記錄”,二人合作,根據(jù)提供的器材,完成相關(guān)活動(dòng)并做相應(yīng)的記錄。提示:鉤碼質(zhì)量不夠200克,鉛畫紙沒有,同學(xué)可以利用身邊物體替代;另外,在拉動(dòng)測力計(jì)時(shí)要保持做勻速直線運(yùn)動(dòng),確保拉力與摩擦力大小相等。
設(shè)計(jì)意圖
通過學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究,并讓學(xué)生自主選擇合適的器材進(jìn)行合作探究,真正體現(xiàn)了學(xué)生的主體性;也大大提高學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的好奇心與積極性,使其體會學(xué)習(xí)的樂趣。
根據(jù)學(xué)生獲取的數(shù)據(jù),逐個(gè)討論、分析、反饋、歸納。通過“為什么木塊在沒有拉動(dòng)之前測力計(jì)會有示數(shù)”的回答討論得出有摩擦力以及靜摩擦的存在。一般情況下,對于“相對運(yùn)動(dòng)”的要求較低,可一帶而過。對于摩擦力的方向簡單情況會判斷即可。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生,可解釋清楚“相對運(yùn)動(dòng)”“阻礙相對運(yùn)動(dòng)”的含義,通過置于斜面上靜止的物體與在水平面上靜止的物體的受力情況比較來體會。當(dāng)然,木塊在桌面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)與桌面之間的摩擦就是滑動(dòng)摩擦了。那么,根據(jù)剛剛活動(dòng)獲得的數(shù)據(jù),進(jìn)行猜想:滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān)?有什么關(guān)系?經(jīng)老師的啟發(fā)以及學(xué)生的討論,最后得出正確結(jié)論:滑動(dòng)摩擦力的大小既跟壓力大小有關(guān)又跟接觸面的粗糙程度有關(guān)。隨后,解決書本P20中的“思考與討論”,實(shí)現(xiàn)利用知識解釋實(shí)際現(xiàn)象,學(xué)會用不同的方法來闡述減小或增大摩擦,達(dá)到知識用于實(shí)踐的目的。最后一個(gè)活動(dòng)解決了滾動(dòng)摩擦,隨即讓學(xué)生例舉身邊事件解決摩擦的分類。
設(shè)計(jì)意圖
通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理獲得新知,用循序漸進(jìn)的方式展開對知識的詮釋,加深學(xué)生對知識的理解,并能提高學(xué)生的分析與歸納以及對知識的整合與運(yùn)用能力。且滲透科學(xué)探究中常用的方法---控制變量法,希望學(xué)生在學(xué)習(xí)中能熟練使用并用科學(xué)的語言描述。
小結(jié)、布置作業(yè)
今天你學(xué)到了什么?
課后思考,觀察自行車上哪些地方是增大摩擦,哪些是減小摩擦的,下節(jié)課交流。
完成作業(yè)本對應(yīng)的作業(yè)。
設(shè)計(jì)意圖
將實(shí)際所學(xué)知識運(yùn)用于生活中,讓學(xué)生自己選擇感興趣的物體更能激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。班上討論交流既在交流中拓寬知識,更提高交流討論的技能。
教學(xué)反思
本節(jié)課的教學(xué)以學(xué)生為主體,從科學(xué)探究活動(dòng)出發(fā),課堂教學(xué)過程成為學(xué)生觀察、探究實(shí)驗(yàn)、分析歸納,交流總結(jié)等自主合作學(xué)習(xí)的過程。教師在教學(xué)過程中適時(shí)介入,引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生對知識的整合以及運(yùn)用,難點(diǎn)逐個(gè)突破,促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成學(xué)習(xí)科學(xué)的探究習(xí)慣和合作精神,發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
1.理解滑動(dòng)摩擦,知道滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān).
2.理解摩擦力的應(yīng)用,知道增大有益摩擦和減小有害摩擦的方法.
(二)教具
彈簧秤、木塊、木板、重物、毛巾、軸承.
(三)教學(xué)過程
一、復(fù)習(xí)提問
1.什么是力?力有哪些效果?
2.物體在平衡力的作用下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何?
3.二力平衡的條件是什么?
二、引入新課
教師:力的效果之一是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).我們用比較小的力推桌子,桌子并沒有開始運(yùn)動(dòng),這是為什么?
(學(xué)生回答)
桌子和地面之間有摩擦力,它的作用效果跟推力相抵消.我們用比較大的力推桌子,桌子開始運(yùn)動(dòng)起來,這時(shí)推力的大小超過了摩擦力.
當(dāng)桌子運(yùn)動(dòng)起來后,我們必須繼續(xù)施加推力才能使它保持勻速直線運(yùn)動(dòng).如果不用力,桌子會停下來,這時(shí)的推力用來平衡摩擦力.
二、摩擦力
1.什么情況下產(chǎn)生摩擦力
教師:當(dāng)我們推桌子時(shí),桌子沒有動(dòng),這時(shí)有摩擦力.桌子和地面接觸,當(dāng)桌子要運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生了阻礙相對運(yùn)動(dòng)的力,這就是摩擦力.正是由于有摩擦力,導(dǎo)致桌子要發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),但是沒有動(dòng)起來.
當(dāng)桌子運(yùn)動(dòng)起來后,我們不再用力推它,桌子很快停下來.其原因是桌子受摩擦力.可見,桌子和地面接觸,桌子在地面上已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),這時(shí)也有摩擦力.
綜上所述,摩擦力是一種常見的力.兩個(gè)互相接觸的物體,當(dāng)一個(gè)物體要發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)或已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí),就會產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動(dòng)的力,這個(gè)力就是摩擦力.
2.摩擦力產(chǎn)生的原因
摩擦力產(chǎn)生的原因目前在科學(xué)上還沒有定論.一般認(rèn)為,摩擦力的產(chǎn)生,是因?yàn)槲矬w的表面不光滑.甲、乙兩個(gè)物體接觸時(shí),由于擠壓,兩個(gè)物體的凹凸部分相咬合,甲物體要發(fā)生運(yùn)動(dòng)或已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí),乙物體對甲物體的相對運(yùn)動(dòng)有一種阻礙作用,這就是摩擦力.
3.摩擦力的大小
(1)摩擦力大小的測量
教師:要研究摩擦力的大小,首先應(yīng)該測量摩擦力的大小.
我們拉著木塊在水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí),木塊在水平方向上受到拉力和摩擦力,當(dāng)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),拉力和摩擦力是平衡力.根據(jù)二力平衡的條件可知,摩擦力和拉力大小相等、方向相反.所以,只要用彈簧秤測出拉力的大小,就知道了摩擦力的大小.
(2)學(xué)生實(shí)驗(yàn)(課本圖9�12)
教師:將木塊放在水平木板上,用彈簧秤拉著木塊在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng),測出拉力的大小,就可知摩擦力的大小.
(學(xué)生操作)
(3)學(xué)生實(shí)驗(yàn)
教師:在木塊上放一個(gè)鉛筆盒,這時(shí),木塊對木板的壓力增大,再測摩擦力的大小.
(學(xué)生操作)
(4)學(xué)生實(shí)驗(yàn)
教師:將毛巾鋪在木板上,把木塊放在毛巾上,測量木塊在毛巾表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦力的大小.
(學(xué)生操作)
(5)教師總結(jié)
通過以上實(shí)驗(yàn)可知,摩擦力的大小跟壓力大小有關(guān).壓力越大,摩擦力越大.摩擦力的大小還跟接觸面的粗糙程度有關(guān),接觸面越粗糙,摩擦力越大.
4.摩擦力的方向
教師:摩擦力對物體的相對運(yùn)動(dòng)起阻礙作用,所以摩擦力的方向總是阻礙物體間的相對運(yùn)動(dòng).
三、增大有益摩擦
教師:摩擦力是普遍存在的.在很多場合,摩擦力是有益的.請人家說說摩擦力的有益之處.
(學(xué)生回答)
人走路時(shí)不打滑多虧了摩擦力.我們拿起一個(gè)茶杯,靠的就是手和杯子之間的摩擦力.縫紉機(jī)的大輪帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng),那是皮帶和輪子之間有摩擦力的緣故.很難想象,生活中一旦失去了摩擦力會變成什么樣子.
凡是摩擦有益的場合,我們應(yīng)該設(shè)法增大摩擦,根據(jù)摩擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)的道理,請大家舉例說明在什么場合用什么方法增大有益摩擦.
(學(xué)生舉例,教師講評)
四、減小有害摩擦
教師:摩擦力并不是都有好處,在有些場合是有害的,必須設(shè)法減小它.
機(jī)器的各個(gè)部件之間的摩擦不僅浪費(fèi)動(dòng)力,而且造成機(jī)件的摩損,影響機(jī)器的壽命.
大家想想,減小有害摩擦的方法有哪些?
(學(xué)生回答)
教師:由于摩擦力的大小跟接觸面的粗糙程度有關(guān),要減小有害摩擦,應(yīng)該使物體表面更光滑.但是,利用這種方法還不能使摩擦力減小到令人滿意的程度.現(xiàn)在,我們再做一個(gè)實(shí)驗(yàn).在木塊和木板之間放一排圓鉛筆,使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),測出拉力的大小.
(學(xué)生操作)
可見,利用滾動(dòng)代替滑動(dòng)可以減小摩擦,這就是所有的車輛都安上輪子的道理.機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)部分安裝滾動(dòng)軸承,軸承內(nèi)圈和外圈之間裝有很多光滑的鋼球或鋼柱(展示軸承),這樣,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的滾動(dòng)摩擦非常小.
還有一種減小摩擦的方法是使兩個(gè)互相接觸的摩擦面彼此離開.加油可以在摩擦面間形成一層油膜,運(yùn)動(dòng)部件只在油膜上滑動(dòng),減小了摩擦.利用壓縮氣體在摩擦面之間形成一層氣墊,使摩擦面脫離接觸,可以使摩擦變得更小.氣墊軸承、氣墊船就是利用氣墊來減小摩擦的.
五、總結(jié)
1.兩個(gè)互相接觸的物體,當(dāng)它們要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí),在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙物體間相對運(yùn)動(dòng)的力,叫摩擦力.
2.摩擦力的大小跟壓力大小有關(guān),跟物體的接觸面的粗糙程度有關(guān).
3.常用增大壓力和使接觸面更粗糙的方法增大有益摩擦.減小有害摩擦的方法有使摩擦面光滑,用滾動(dòng)代替滑動(dòng),使摩擦面脫離接觸(加油、氣墊)這三種方法.
六、作業(yè)
關(guān)鍵詞:高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)法;探索能力;培養(yǎng)方案
探究能力是指對未知或者已知事物的探尋、研究能力。在高中的物理教學(xué)中,最為常用的一種教學(xué)方法就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)法,實(shí)驗(yàn)教學(xué)法不僅能夠更加形象、直接的向?qū)W生展現(xiàn)所學(xué)的物理知識,還會增加高中學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的探究意識及能力,讓學(xué)生更加積極主動(dòng)的參與到知識的獲取活動(dòng)中來,進(jìn)而提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)成績。由于高中物理的知識較初中的知識更加的抽象和嚴(yán)謹(jǐn),因此,在物理知識的學(xué)習(xí)過程中,僅僅靠教師的語言講解不能夠使學(xué)生完全的明白,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則不會有這樣的問題,故而,在對高中物理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的探索能力是最好的一種方式。
1實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生探究能力的作用
從初中進(jìn)入高中階段后,物理知識由簡變難,定義、公理等概念更加晦澀難懂,加大了學(xué)生學(xué)習(xí)難度與課業(yè)壓力。加之,處于高中階段的學(xué)生面對升學(xué)壓力,還要兼顧其他學(xué)科學(xué)習(xí),若不能采用有效的學(xué)習(xí)技巧和科學(xué)的學(xué)習(xí)方法,將不利于高中物理知識學(xué)習(xí)。高中物理知識多數(shù)是從實(shí)驗(yàn)探索與驗(yàn)證中得來的,通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓學(xué)生參與到知識的探索與驗(yàn)證中來,親身體驗(yàn)知識的由來過程,了解問題的產(chǎn)生、解決與答案的由來,便于學(xué)生更好、更深刻的理解復(fù)雜而難懂的物理定義,利用物理知識解決現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際問題。此外,新課程改革后,高中物理教學(xué)提倡進(jìn)行“自主、探究、合作”,旨在培養(yǎng)學(xué)生的研究能力與創(chuàng)新能力,高中物理教師應(yīng)在教學(xué)中時(shí)刻貫滲透探究思維,有意識的在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生探究意識和能力,讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)物理的有效方法,利于學(xué)生學(xué)好物理這門學(xué)科。所以,在高中物理教學(xué)中,教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生發(fā)展需求多多組織開展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué),給予學(xué)生更多培養(yǎng)探究能力的機(jī)會。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生探究能力的實(shí)例
以高中物理“摩擦力”教學(xué)為例,設(shè)計(jì)了具體的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案、步驟,具體如下:2.1教學(xué)目標(biāo):根據(jù)高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)與摩擦力教學(xué)內(nèi)容,確定本次探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo):探究影響滑動(dòng)摩擦力的因素,通過做探究性實(shí)驗(yàn)的方法,讓學(xué)生了解摩擦力的應(yīng)用以及如何防止摩擦力帶來的負(fù)面的影響,培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的方式獲得物理量之間的關(guān)系的能力,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué),具有相互合作探索的能力。2.2探究性實(shí)驗(yàn)過程:本次摩擦力研究實(shí)驗(yàn)設(shè)立了三組對照組,研究的變量有以下幾個(gè),相對物體間的拉力,相對物體間的接觸面積,相對物體間接觸面的粗糙程度。以下為實(shí)驗(yàn)過程。一組實(shí)驗(yàn),除了相對物體間的正壓力不同外,其他的條件均同,即對照組以及實(shí)驗(yàn)組兩個(gè)移動(dòng)木塊之間以及兩個(gè)固定木塊之間無論是質(zhì)量,長度,粗糙程度以及形狀均等同,唯一不同的是移動(dòng)木塊之上的砝碼數(shù)量不同,在用拉力計(jì)測量移動(dòng)木塊的摩擦力時(shí),可以清楚的看見,砝碼多的小木塊的摩擦力更大。二組實(shí)驗(yàn),除了拉動(dòng)小木塊的拉力不同,其他變量都相同,變量如實(shí)驗(yàn)以所示,在此實(shí)驗(yàn)中可以得出,在小木塊沒有開始運(yùn)動(dòng)時(shí),小木塊所授的摩擦力與拉力成正比,當(dāng)小木塊開始勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),小木塊所受到的摩擦力不變。三組實(shí)驗(yàn),唯一的變量是小木塊與固定木塊之間的粗糙程度,其他變量保持一致,拉動(dòng)小車,觀察小木塊所授的拉力值就能夠推測出粗糙程度與小木塊所授摩擦力直間的關(guān)系。四組實(shí)驗(yàn),除了小木塊之間的接觸面積不同外,其他影響因素均相同,然后觀察拉力計(jì)的示數(shù),就能夠的出接觸面積與小木塊所授摩擦力之間的關(guān)系。2.3總結(jié)與拓展:通過此次實(shí)驗(yàn),可以得出以下結(jié)論,在一定范圍內(nèi),與物體之間的正壓力成正比,與物體之間的接觸面積成正比,與接觸面的粗糙程度成正比。即在一定程度內(nèi),物體的相對拉力越大,摩擦力越大,相對物體間的正壓力越大,摩擦力越大,相對物體之間的接觸面積越大,摩擦力越大,相對物體之間相對物體之間的接觸面越粗糙,摩擦力越大。
3培養(yǎng)學(xué)生探索能力的有效措施
3.1培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力:觀察力對于提高學(xué)生的探索能力是必不可少的,只有學(xué)生本身具有非常強(qiáng)大的觀察了,才能發(fā)現(xiàn)一些事物的變化,這樣他們才會進(jìn)行探索。所以觀察力對是非常必要。學(xué)生在進(jìn)行試驗(yàn)課的時(shí)候,老師可以讓學(xué)生們將他們的試驗(yàn)步驟與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的記錄,同時(shí)也要求學(xué)生在試驗(yàn)的過程中記錄試驗(yàn)的變化,著對培養(yǎng)學(xué)生的觀察了能夠起到非常良好的作用。3.2鼓勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新:探索一件事物創(chuàng)新是必不可少的,所以如果老師在試驗(yàn)課中想要培養(yǎng)學(xué)生的探索能力,那么培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力也是十分必要的。當(dāng)老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候,可以將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容告訴學(xué)生,但實(shí)驗(yàn)的方法及步驟可以讓學(xué)生以小組的形式自行設(shè)計(jì),同時(shí)讓他們對其實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果進(jìn)行總結(jié),找到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的不足,并加以改進(jìn)。著對發(fā)散他們的思維,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力起到非常良好的效果。
綜上所述,探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生探究能力、分析與解決問題及創(chuàng)新能力的一種有效途徑,高中物理教師應(yīng)認(rèn)識到探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要作用,科學(xué)組織設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué),使這一教學(xué)方法在高中物理教學(xué)中得到有效的貫徹落實(shí),切實(shí)發(fā)揮作用。在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師應(yīng)自主促進(jìn)身份的轉(zhuǎn)變,從知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者與輔助者,促進(jìn)學(xué)生由變動(dòng)變主動(dòng),這樣才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性,形成探究性思維與能力,促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升。
作者:鄭洪鳳 單位:吉林省大安市第一中學(xué)
參考文獻(xiàn)
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一、全方位的了解課本內(nèi)容
第一章僅僅是一個(gè)開始,這樣華麗的開始可以給學(xué)生們帶來極大的興趣,引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入物理的天地。隨之在第二章中,我們即將研究運(yùn)動(dòng)的世界,知道什么是靜什么是動(dòng),知道什么是快什么是慢,以及了解速度的變化過程,速度是如何變化的。第三章中接觸的主要便是聲的世界,聲音對于我們來說那可真是太熟悉了,我們每天都在于聲音發(fā)生著接觸,聲音的產(chǎn)生于傳播,樂音與噪音,超聲與次聲這些知識在我們學(xué)了第三章以后,便會徹底的明白了。聲音產(chǎn)生的原因便是由于物體的振動(dòng)而產(chǎn)生的,一切發(fā)聲的物體都在振動(dòng),振動(dòng)停止,發(fā)聲停止。例如:發(fā)聲的音叉,觸及水面,水花濺起,發(fā)聲的音叉,觸及懸掛的乒乓球,乒乓球彈開。都能證明聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的。而且,氣體,固體,液體都可以作為聲源傳播聲音。比如讀書聲,是固體的振動(dòng)發(fā)聲;風(fēng)聲,是氣體的振動(dòng)發(fā)聲;泉水的叮咚聲,是液體的振動(dòng)發(fā)聲。而根據(jù)實(shí)驗(yàn)真空是不能傳播聲音的。在第四章中我們涉及到的是多彩的光。研究的是光的傳播,光的反射,光的折射,以及光的色散,凸透鏡成像,眼睛與視力矯正及神奇的眼睛。以及第五章中涉及的熟悉而陌生的力,第六章中力與運(yùn)動(dòng),第七章中密度與浮力,第八章中的壓強(qiáng),第九章中的機(jī)械與人,第十章中的小粒子與大宇宙。在這里,將不作詳細(xì)解釋,可參考物理滬科版八年級課本。
二、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力,培養(yǎng)學(xué)生的自主性
偉大的科學(xué)家愛因斯坦曾經(jīng)說過:“興趣是最好的老師?!贝_實(shí)如此,一個(gè)人只有對某件事產(chǎn)生了濃厚的興趣,才會自主的去求知,去探索,去實(shí)踐,并在求知,探索,實(shí)踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn),從而獲得最理想的結(jié)果??梢?,興趣對于一個(gè)人來說,不管是學(xué)習(xí),還是工作,生活,都起著極為重要的作用,興趣在我們的一生中扮演著重要的角色,猶如吃飯,喝水,睡覺一樣不可或缺。然而只有興趣,不去實(shí)踐,沒有動(dòng)手能力,那也是枉然。物理中,除了分析能力外,動(dòng)手能力也顯得尤為重要,因?yàn)樗械闹R,都是古人親手實(shí)驗(yàn),總結(jié)的產(chǎn)物,一味的看書本,死記硬背,并不能讓我們學(xué)到的知識變的活靈活現(xiàn),更不能靈活的運(yùn)用于實(shí)踐生活中,更不能從實(shí)驗(yàn)中感受到物理的魔力。在這里我們拿一個(gè)例子做簡單介紹。例如第五章中的科學(xué)探究:摩擦力。就是一個(gè)很好的例子。摩擦力是指什么呢?想必很多學(xué)生都知道,摩擦指的是互相接觸的物體要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí),在物體的接觸面上所發(fā)生的阻礙物體相對運(yùn)動(dòng)的作用。這種阻礙相對運(yùn)動(dòng)的力就叫做是摩擦力。但是書本上生硬的概括能讓你真正的了解到摩擦力的神秘性嗎?答案是不能的。我們接下來將講述一個(gè)實(shí)驗(yàn),來分享摩擦力的神奇之處。例如:分別用一個(gè)小木塊分別在一塊木板上和一條毛巾上做關(guān)于摩擦力的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中會用到的器材有一個(gè)彈簧測力計(jì)和一個(gè)鉤碼,在實(shí)驗(yàn)過程中,彈簧測力計(jì)始終水平拉著木塊在木板上運(yùn)動(dòng),記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù);在拉著小木塊在毛巾上運(yùn)動(dòng),同時(shí)記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù);并且將實(shí)驗(yàn)讀數(shù)等誤差減小到最低。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)不同,則可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論:摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān),接觸面光滑,摩擦力??;接觸面粗糙,摩擦力就相應(yīng)的要大。在日常生活中,我們同樣可以看到什么和摩擦力有關(guān)的東西,比如:我們穿的鞋子的底子下面,都會有一些紋路,這是為了增大摩擦力,防止滑到;在飲料瓶蓋上會有一些規(guī)則的豎紋,也是為了增大摩擦力,便于我們打開瓶蓋;汽車輪子上也會有規(guī)則的花紋,也是為了增加摩擦力,防止意外事故的發(fā)生;等等,這些都是增大摩擦力的例子。當(dāng)然,生活中也喲減小摩擦力的實(shí)例,例如:自行車的車輪做成圓形的,就是為了減小和地面的接觸面積,減小摩擦力,方便行駛;縫紉機(jī)用的時(shí)間長了,會給它加油,是為了使接觸面更加光滑,減小摩擦;磁懸浮列車的設(shè)計(jì)理念,也是為了減小摩擦;等等,這樣的例子在我們身邊數(shù)不甚數(shù),只要你用心觀察,就會有新的發(fā)現(xiàn)。初中物理,旨在為以后的學(xué)習(xí)做基礎(chǔ)做鋪墊,學(xué)生應(yīng)該對基礎(chǔ)物理知識進(jìn)行掌握和鞏固,同時(shí)勤于思考,培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力,自主學(xué)習(xí)的能力,為以后的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)!
作者:余文君單位:重慶一中
關(guān)鍵詞:教學(xué)設(shè)計(jì);摩擦力;從生活走向物理;物理教學(xué)
中圖分類號:G633.7
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1003-6148(2013)11(S)-0030-4
1問題的提出
物理學(xué)是自然科學(xué)的重要分支,它的發(fā)展對于人類在生產(chǎn)技術(shù)上的進(jìn)步、思想方法的發(fā)展乃至整個(gè)人類文明的發(fā)展都有著重要的推動(dòng)作用。對于個(gè)人來說,對物理學(xué)的學(xué)習(xí)和探索又是一項(xiàng)極為豐富而且充滿挑戰(zhàn)性的活動(dòng),是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力,提高個(gè)人科學(xué)素養(yǎng)的重要方法。越來越多的物理教師意識到物理教學(xué)已經(jīng)不能單純將注意力放在學(xué)生對知識的復(fù)述上,而更重要的是培養(yǎng)其用科學(xué)的眼光來分析周圍的世界,使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中經(jīng)歷從生活到物理的過程,使學(xué)生們形成相應(yīng)的能力。但是在教學(xué)過程中如何實(shí)施。教師怎樣通過自己一點(diǎn)一滴的教學(xué)實(shí)踐將理念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?在教學(xué)過程中學(xué)生的思維發(fā)生了哪些變化?這些問題的研究對于教師更好地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的理念是非常必要而且有益的。本文以對初中物理“摩擦力”(義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》(8年級),上??茖W(xué)技術(shù)出版社)一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例來說明有關(guān)的問題。
2“摩擦力”的教學(xué)設(shè)計(jì)
2.1教材分析
摩擦力是常見的三種基本力之一,學(xué)好本節(jié),為學(xué)生接下來學(xué)習(xí)物體受力分析部分的知識打下基礎(chǔ)。此外,摩擦力與日常生活緊密聯(lián)系,知識來源于生活而且又服務(wù)于生活。因此這節(jié)是中學(xué)物理的重點(diǎn)內(nèi)容之一。本文所選教材為滬科版初中8年級物理實(shí)驗(yàn)教科書。本書編寫重點(diǎn)突出了知識與生活及生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系。體現(xiàn)了新課程“從生活走向物理,從物理走向社會”的理念。同時(shí),教材安排學(xué)生經(jīng)歷猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、合作交流等教學(xué)過程,讓學(xué)生通過科學(xué)探究滑動(dòng)摩擦力與壓力、接觸面粗糙程度關(guān)系的過程。學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,發(fā)展初步的科學(xué)探究能力,形成尊重事實(shí)、探索真理的科學(xué)態(tài)度。
2.2教學(xué)目標(biāo)
根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,制定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下:
知識與技能
(1)理解滑動(dòng)摩擦力的概念,了解一些常見的摩擦現(xiàn)象。
(2)知道滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)。
(3)認(rèn)識摩擦的利與弊以及掌握增大和減小摩擦的方法。
過程與方法
(1)通過觀察和實(shí)驗(yàn)感知摩擦力的普遍存在,并學(xué)習(xí)用科學(xué)的語言描述生活及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
(2)經(jīng)歷探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn),鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中要進(jìn)行大膽地猜想與假設(shè)。理解在研究多因素問題中怎樣運(yùn)用“控制變量”的方法。
情感、態(tài)度與價(jià)值觀
(1)通過探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)文化的興趣激發(fā)強(qiáng)烈的求知欲,認(rèn)識科學(xué)知識和技術(shù)對人類社會的發(fā)展和生活的影響。
(2)通過小組合作實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神以及實(shí)事求是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。
(3)通過對生活生產(chǎn)實(shí)例的分析,培養(yǎng)將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實(shí)踐的意識。
2.3課程設(shè)計(jì)流程圖
2.4教學(xué)過程設(shè)計(jì)說明
1.創(chuàng)設(shè)情境,游戲引入
事件1 教師展示塑料繩(其中一端被涂了護(hù)手霜,但是從表面并看不出來),請兩名同學(xué)分別握住繩的兩端用力拉,通過揭秘勝負(fù)的原因而引出對“摩擦力”的相關(guān)問題的思考。
點(diǎn)評 通過參與和觀察游戲激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)引出了課題。
2.滑動(dòng)摩擦力的概念的建立
事件2 展示如下圖片:手拿瓶,用力才能拿穩(wěn);球在地上滾,一段距離后停下;運(yùn)動(dòng)鞋鞋底。有凹凸不平的紋路;車輪裹上鏈子的汽車在雪地上順利前進(jìn)。學(xué)生觀察并回憶與之相應(yīng)的生活經(jīng)歷。師生共同得出“摩擦力無處不在”的結(jié)論。
點(diǎn)評 回顧生活經(jīng)歷。使學(xué)生把相關(guān)類型的事件聯(lián)系起來,將物理與生活聯(lián)系起來。
事件3 教師請學(xué)生將手心向下。將手平按于桌面上,來回推拉,提問手的感覺。并回顧事件2中的諸現(xiàn)象,說明摩擦力的含義,即一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)時(shí)所受到的阻礙物體間相對滑動(dòng)的力。
點(diǎn)評 感知摩擦力的基本特征,明確摩擦力的含義,同時(shí)為下一步的討論提供基礎(chǔ)。
事件 4教師手握長毛刷在水平抬起的手臂上緩慢地來回拖動(dòng)并提問:1.刷毛為什么會彎曲變形?2.這個(gè)阻礙刷毛運(yùn)動(dòng)的力在什么條件下產(chǎn)生?3.這個(gè)力產(chǎn)生在什么地方?效果如何?學(xué)生仔細(xì)觀察并做出回答。
點(diǎn)評直觀的現(xiàn)象使學(xué)生能形象直觀地理解滑動(dòng)摩擦力的作用效果,形成表述與現(xiàn)象的一致。
3.探究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)
事件5 教師進(jìn)一步提出研究滑動(dòng)摩擦力的大小的任務(wù)。請學(xué)生回顧剛才的體驗(yàn)及展示的圖片,并思考要增大摩擦力的方法。從而提出摩擦力大小與哪些因素有關(guān)的問題。學(xué)生再次感受手在桌面上滑動(dòng)的情況,提出猜想,如摩擦力可能與接觸面的粗糙程度、接觸面的大小、速度大小、運(yùn)動(dòng)方向、物體問的壓力等因素有關(guān)。
點(diǎn)評 學(xué)生積極思考,基于已有的證據(jù)提出猜想,并將自身的感受、現(xiàn)實(shí)的情境轉(zhuǎn)化為科學(xué)的問題,也明確了科學(xué)探究的任務(wù)。
事件6 教師引導(dǎo)學(xué)生思考如下的問題:1.用什么器材來測量滑動(dòng)摩擦力的大小?2.為什么可以這樣做?在測量時(shí)要注意些什么?3.影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素很多,那我們要使用什么方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能知道滑動(dòng)摩擦力的變化是由這個(gè)因素引起的,而不是由其它因素引起的?
學(xué)生通過思考。對上述問題的討論要有這樣的幾個(gè)要點(diǎn):首先。可以用間接的方式用彈簧秤來測量摩擦力:其次。彈簧測量力計(jì)應(yīng)拉著木塊在水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng):再次。在多因素都有影響的情況下應(yīng)對變量進(jìn)行控制。
點(diǎn)評 以問題為中心對學(xué)生進(jìn)行層層引導(dǎo),學(xué)生在回答問題的基礎(chǔ)上通過討論得到方案,在鍛煉了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案能力的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生間的交流協(xié)作精神。
事件7 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),并將結(jié)果填入表格,通過分析得到:滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度及壓力大小的關(guān)系。
點(diǎn)評 通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得到了影響摩擦力大小的因素及大小關(guān)系,這是本節(jié)知識的重點(diǎn)所在。在觀察和實(shí)驗(yàn)的同時(shí)讓學(xué)生的比較、分析、概括能力得到進(jìn)一步提升。
4.討論分析
事件8 播放事件2中展示的畫面,請學(xué)生用剛才的結(jié)論分析這些情境。
點(diǎn)評 將新的實(shí)例同化于剛剛學(xué)習(xí)的物理規(guī)律,擴(kuò)大了對物理規(guī)律的外延的理解。同時(shí)也使得整節(jié)課首尾呼應(yīng),提升了教學(xué)效率。
事件9 提出問題:在生活中,是不是摩擦力越大越好呢?請學(xué)生們闡明自己的觀點(diǎn),并用恰當(dāng)例證來說明。學(xué)生們通過反思自己的生活經(jīng)歷,發(fā)現(xiàn)摩擦力對人們的生產(chǎn)生活有利有弊,因此要根據(jù)實(shí)際情況通過調(diào)整壓力的大小及接觸面的粗糙程度,來增大有益的摩擦和減小有害的摩擦。
點(diǎn)評 進(jìn)一步學(xué)習(xí)增大或減小摩擦的方法,培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實(shí)踐的意識。同時(shí),通過爭論摩擦是好是壞來引發(fā)學(xué)生的思考。培養(yǎng)學(xué)生“一分為二”看待事物的辯證的科學(xué)態(tài)度。
5.總結(jié)回顧,布置作業(yè)
事件10 利用板書引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課學(xué)到了哪些知識,運(yùn)用了哪些研究方法。
點(diǎn)評 在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生的知識得到梳理,形成了完善的知識體系。
布置作業(yè)
事件11 以小組為單位,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)記錄表格來探究滑動(dòng)摩擦力大小與其它因素的關(guān)系,如接觸面的大小、速度等。教師可以提供如斜面、立方體木塊、長方體木塊、長木板、彈簧秤等家庭不常備的器材。
點(diǎn)評 將對物理規(guī)律的探究延伸到課外,提升學(xué)生進(jìn)行探究的技能。并在探究的過程中達(dá)到物理規(guī)律與現(xiàn)象的統(tǒng)一。
3
設(shè)計(jì)理念
本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了力的基本概念及二力平衡知識的基礎(chǔ)上對力的概念外延上的拓展。摩擦力雖然是學(xué)生常見的一種基本的力,而且學(xué)生也可以處理一些與此有關(guān)的問題。但之前學(xué)生僅僅是利用生活的語言來進(jìn)行描述和分析,比如要拿起比較滑的瓶子必須要“使用更大的力”來握住瓶子,在冰面上滑可以滑出去很遠(yuǎn)而在水泥路上則不可以,因?yàn)楸容^“滑”……如何使學(xué)生由生活走向物理。從對生活的感性認(rèn)識上升到能夠利用物理概念和物理知識來分析問題,即課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的“從生活走向物理”,再從“物理走向生活”,從“物理走向社會”?這是這節(jié)課,也是整個(gè)物理教學(xué)的任務(wù)和目標(biāo)。
本課從“拔河比賽”開始。這樣通過制造懸念的設(shè)計(jì)既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。更是為學(xué)生設(shè)置了一個(gè)問題的情境——如何來描述、分析和解釋這種現(xiàn)象?通過接下來的各個(gè)環(huán)節(jié),學(xué)生逐漸從感性到理性,從生活走向了物理。
首先。在對事物的描述上,科學(xué)語言替代了生活語言。學(xué)生由繩的兩端有油無油時(shí)手的感受,地板的質(zhì)地等可以聯(lián)想到發(fā)生滑動(dòng)摩擦的接觸面的性質(zhì)。在教師的引導(dǎo)下,用“接觸面的粗糙程度”這個(gè)概念是可以對各種質(zhì)地和情景的接觸面進(jìn)行說明的。同樣,對于抓、握、擠、壓等情景,在教師的引導(dǎo)下可以用“接觸面之間的壓力”這個(gè)概念來概括,物體運(yùn)動(dòng)的快慢可以用速度來說明……在充分分析情景的基礎(chǔ)上學(xué)生開始利用物理學(xué)的概念來分析問題,并以此作為他們分析問題的出發(fā)點(diǎn)。
其次。對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行建模,并選擇了標(biāo)準(zhǔn)情境進(jìn)行分析。學(xué)生要從豐富的生活表象中抽取出一個(gè)簡單但又能較為完整地說明問題的理想化的物理情景,即所有與滑動(dòng)摩擦力有關(guān)的問題都可以簡化成用彈簧秤水平拉著在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的木塊的行為。
第三,利用精確的測量數(shù)據(jù)替代感覺。在學(xué)習(xí)中學(xué)生認(rèn)識到感覺不能進(jìn)行客觀的交流。而通過測量獲得的數(shù)據(jù)更能說明事物的屬性。所以,應(yīng)利用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行定量或半定量的測量(但對于初中的學(xué)生。他們只需對數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行比較即可)。這樣他們就要選擇合適的儀器并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟。在討論中方案也會越來越集中:彈簧秤無疑是測量力的首選,但卻不能直接測量摩擦力。于是考慮間接測量;被測量的物體除受摩擦力,其它受力相對簡單且易于控制……
這樣在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中學(xué)生已逐漸完成了從生活語言到科學(xué)描述的轉(zhuǎn)化,如“科學(xué)家一樣”地利用科學(xué)的語言和概念進(jìn)行物理規(guī)律的探索。所以科學(xué)探究的作用不僅僅是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為“實(shí)驗(yàn)”而實(shí)驗(yàn),而是從生活到物理必須經(jīng)過的一個(gè)環(huán)節(jié),對學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識,掌握物理學(xué)描述認(rèn)識客體的方式方法,體味其中的思維過程等等。都具有更為深刻的意義。
此后,學(xué)生能夠?qū)⑸钪懈鞣N豐富的與摩擦力相關(guān)的現(xiàn)象都?xì)w結(jié)到“滑動(dòng)摩擦力”、“接觸面的粗糙程度”、“壓力”等幾個(gè)物理概念之間的關(guān)系上去。由此,科學(xué)理論為其思考問題提供了一個(gè)有效的工具。他們不斷將相關(guān)經(jīng)歷、感受容納于此框架,并使其外延得到豐富。此時(shí),學(xué)生的思維方式已發(fā)生了根本的改變,他們利用新的范式來解釋原來的問題。這對學(xué)生而言是具有革命性的,恰如庫恩所說?!霸诟锩郧霸诳茖W(xué)界中的鴨子,在革命之后成了兔子”。
本節(jié)課就是這樣由教師創(chuàng)設(shè)的情境入手,學(xué)生們圍繞問題的解決展開討論,利用各種方式(生活經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn))進(jìn)行證據(jù)的搜集和整理,通過論證和討論,真正經(jīng)歷了“從生活到物理”的過程。并且伴隨著討論的展開和這個(gè)問題的解決。學(xué)生可以提出新的問題:如產(chǎn)生摩擦力的原因,摩擦力與生活生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系等等。這為學(xué)生進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí)和探究打下了基礎(chǔ),甚至超出了教材或課程標(biāo)準(zhǔn)的要求的范圍,但這對培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神具有重要的意義。
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總結(jié)
關(guān)鍵詞:樁-土摩阻力;模型試驗(yàn);樁-土相互作用;論述
中圖分類號:TU317+.1 文章編碼:
樁基礎(chǔ)是一種重要的基礎(chǔ)形式,在公路、橋梁、港口碼頭、高層建筑等工程中應(yīng)用十分廣泛[1-2]。當(dāng)前,國內(nèi)外許多研究人員針對樁土界面摩擦特性做了大量的研究工作,提出了許多的模型試驗(yàn)方法。本文回顧并總結(jié)了目前測定樁-土間摩阻力的部分模型試驗(yàn)方法和研究成果,為進(jìn)一步研究樁-土相互作用機(jī)理,保證樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定及可靠性提供具有價(jià)值的參考。
1 樁-土相互作用側(cè)摩阻力模型試驗(yàn)
張明義等人[3]通過在改進(jìn)的試驗(yàn)儀器上進(jìn)行的室內(nèi)模型試驗(yàn),研究表明:樁-土滑動(dòng)摩阻力在粘性土中具有明顯的時(shí)效性,滑動(dòng)摩阻力隨時(shí)間呈雙曲線狀增長,與樁的承載力增長曲線相吻合。亓賓等人[4]通過室內(nèi)中型剪切摩擦試驗(yàn)確定樁與土間的C值參數(shù),依據(jù)莫爾-庫侖準(zhǔn)則確定出樁側(cè)摩阻力。鐘聞華[5]通過室內(nèi)混凝土與粉土接觸面的模型剪切試驗(yàn)得出了樁土接觸面上摩阻力隨含水量的增加呈現(xiàn)“先增后減”的趨勢,其最優(yōu)含水量則對應(yīng)著樁土界面的最大側(cè)摩阻力。
冷曦晨等人[6]重點(diǎn)探討了模型試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際工程樁所處環(huán)境的相似性原理,建議應(yīng)在試驗(yàn)中測定樁側(cè)摩阻力時(shí)采用原狀樣,并保持樁土應(yīng)力與工程應(yīng)力狀態(tài)一致。劉建峰進(jìn)行了樁-土界面摩擦特性拉拔試驗(yàn),研究結(jié)果表明:隨著拉力的增加,拉力與極限摩擦阻力將達(dá)到平衡;由于控制鋼板上下面的填土厚度影響,可使鋼板在受到較大的垂直壓力時(shí),其豎向變形不大,使得鋼板上下界面所產(chǎn)生摩擦力一致。
王火明等人研究表明:影響拉拔樁-土界面摩擦力試驗(yàn)結(jié)果的因素很多,主要包括土與盒(箱)壁間的摩擦作用,填料的壓實(shí)度,填料的含水量,填料的含水量,拉拔速度以及鋼板水平埋入長度等。梁仁旺等人針對砂性土中靜壓樁進(jìn)行了模型試驗(yàn),研究了靜壓樁的靜載過程及其沉樁規(guī)律,得到樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和Q-S曲線,同時(shí)對測試結(jié)果進(jìn)行了分析,為實(shí)際工程提供了理論依據(jù)。
2 樁-土間負(fù)摩阻力模型試驗(yàn)
樁基負(fù)摩阻力是基礎(chǔ)工程建設(shè)中常見的問題,早在20世紀(jì)20、30年代初期,負(fù)摩阻力現(xiàn)象開始引起人們的注意。Terzagih., K.等人提出打入可壓縮土層的樁基礎(chǔ)由于土層固結(jié)而使樁基受到向下作用的表面力叫做負(fù)摩擦力。國內(nèi)外對樁的負(fù)摩擦力的研究方式主要包括:理論分析結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式、現(xiàn)場原型實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬等,以下重點(diǎn)論述測定樁-土間負(fù)摩阻力的現(xiàn)場原型及室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)方法及部分研究成果。
2.1 現(xiàn)場原型試驗(yàn)
Bjerrum. et al對挪威的一組直徑為300mm的鋼管樁進(jìn)行了長時(shí)間的現(xiàn)場觀測。測試結(jié)果表明:土體有效應(yīng)力變化對樁土之間的荷載傳遞具有非常明顯的影響。由于打樁過程將引起土層中的空隙水壓力上升,其有效應(yīng)力相應(yīng)減小,樁土之間的負(fù)摩擦力也隨之減小。李光煜等人采用滑動(dòng)測微計(jì)成功地測的某樁的負(fù)摩擦力,并得出樁身中性點(diǎn)的確切位置,并提出中性點(diǎn)位置基本不隨堆載高度和時(shí)間而發(fā)生變化。
馬時(shí)冬在對某橋梁工程鋼筋混凝土灌注樁進(jìn)行了樁身應(yīng)變、軸力以及樁周土分層沉降的現(xiàn)場測試與分析研究,測出了樁的中性點(diǎn)的埋深位置及樁身摩阻力的分布情況,并對實(shí)測值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對比分析,提出了一種關(guān)于中性點(diǎn)深度的計(jì)算公式,該公式更加接近于實(shí)際。律文田等人通過軟土地區(qū)橋臺樁基礎(chǔ)的現(xiàn)場試驗(yàn)研究,揭示了軟土地區(qū)樁基內(nèi)力和樁土負(fù)摩擦力的變化規(guī)律。結(jié)果表明:由于負(fù)摩擦力的作用,樁身軸力隨社深度的增加呈現(xiàn)出“先增后減”的趨勢,樁側(cè)摩阻力沿深度呈非線性變化。
2.2 室內(nèi)模型試驗(yàn)
Chun., F., Leung, R等人通過室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了沿海軟土地基中預(yù)制混凝土樁的負(fù)摩擦力問題,根據(jù)長期的試驗(yàn)觀測得到了樁基使用期的負(fù)摩擦力分布以及發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:負(fù)摩擦力產(chǎn)生的荷載存在時(shí)變性,在樁基設(shè)計(jì)過程中,其負(fù)摩擦力應(yīng)作為一個(gè)外加荷載附加于樁身之上。
謝耀峰等人以湛江港高樁碼頭樁基為原型制作了模型樁,采用模型試驗(yàn)的方法來研究港口工程中樁基的負(fù)摩擦力問題,研究表明:同一根樁下拉荷載值遠(yuǎn)小于上拔荷載值,樁的負(fù)表面摩擦力在泥面以下約L/5左右達(dá)到最大值,其中性點(diǎn)位置約在0.67L處。
苗麗等人提出了一種采用有效應(yīng)力法計(jì)算樁基負(fù)摩擦力,并將該算法的結(jié)果與模型試驗(yàn)實(shí)測值做比較,表明該方法能夠更加方便、準(zhǔn)確地計(jì)算樁基的負(fù)摩擦力。周國慶等人基于模型試驗(yàn),分析了飽和中砂融化沉降位移隨時(shí)間的變化、單樁負(fù)摩擦力與融化沉降位移的關(guān)系。
陸明生通過對單樁的表面負(fù)摩擦力模型試驗(yàn)研究和非線性平面有限元分析結(jié)果,并參考國外現(xiàn)場實(shí)測資料,給出了估算單樁負(fù)摩擦力以及下拉荷載的經(jīng)驗(yàn)公式,但是由于應(yīng)變軟化等原因,模型試驗(yàn)結(jié)果與有限元及經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果誤差較大。
3 結(jié)束語
文章回顧并總結(jié)了當(dāng)前測定樁-土間摩阻力的部分模型試驗(yàn)的方法和研究成果,主要針對樁土相互作用下的側(cè)摩阻力以及負(fù)摩阻力的現(xiàn)場原型測試、室內(nèi)模型試驗(yàn)測量部分進(jìn)行了綜合論述。樁土界面摩阻力模型試驗(yàn)的目的是研究樁體與土體的界面性質(zhì),筆者建議應(yīng)制定更為細(xì)致的試驗(yàn)規(guī)程,探討在多種工況作用下樁土間摩阻力變化規(guī)律,同時(shí)應(yīng)理論結(jié)合實(shí)際,使模型試驗(yàn)的研究結(jié)果能夠?yàn)檫M(jìn)一步研究樁-土相互作用機(jī)制原理,保證樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定及可靠性提供具有價(jià)值的參考。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】平衡摩擦力 探究 創(chuàng)新
【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)03-0006-03
高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中"阻力",通常是指摩擦阻力和空氣阻力。這兩種阻力在實(shí)驗(yàn)中是無所不在、不可避免的,且這類阻力隨運(yùn)動(dòng)的快慢、斜面的傾角、物體的質(zhì)量、物體的大小、物體的形狀等因素的改變而變化,不易控制,給實(shí)驗(yàn)帶來了一些不確定的因素。因此力學(xué)實(shí)驗(yàn)對阻力的處理及探究占有很大的比重,甚至成為實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。正因?yàn)榇擞嘘P(guān)"阻力"的問題也成了高考試題中力學(xué)實(shí)驗(yàn)的"重頭戲"。本文筆者將高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中"阻力"的處理及探究進(jìn)行了歸類。以期對高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)起拋磚引玉的作用。高中物理實(shí)驗(yàn)中有關(guān)"阻力"的實(shí)驗(yàn)有兩類:第一類是實(shí)驗(yàn)中為了 "消除"或"減小"而采取的措施或?qū)嶒?yàn)操作。第二類是探究"阻力"的規(guī)律。
一、實(shí)驗(yàn)中為了"消除"或"減小"阻力的影響而采取的措施或?qū)嶒?yàn)操作。典型的實(shí)驗(yàn)有:探究加速度與力及質(zhì)量的關(guān)系,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,驗(yàn)證力的平等四邊形定則,下面用典型實(shí)驗(yàn)的措施及操作進(jìn)行總結(jié)。
如圖一探究加速度與力及質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn),小車在線的牽引下加速運(yùn)動(dòng),水平方向受拉力和摩擦力,加速度除與牽引力外還與摩擦力有關(guān),但是測量摩擦力有兩個(gè)問題:(1)測量時(shí)涉及更多的物理量,每個(gè)物理量的測量都會帶來誤差,累積起來將給結(jié)果帶來很大的不確定性,結(jié)果的可靠也將大大下降。(2)另一方面改變小車質(zhì)量時(shí)摩擦力也會隨之變化,每次都要測量摩擦力,數(shù)據(jù)量大、實(shí)驗(yàn)操作繁瑣,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)幾乎不能正常進(jìn)行下去。所以消除摩擦力影響是本實(shí)驗(yàn)的最佳選擇,實(shí)際用下滑力來平衡摩擦力,傾斜滑板當(dāng)傾角θ滿足:Mgsinθ=μMgcosθ即tanθ=μ時(shí)完全消除摩擦力的影響,另一方面上式還與小車的質(zhì)量無關(guān),即改變小車質(zhì)量量上式仍成立,故調(diào)節(jié)平衡摩擦力一次即可。類似的如探究做功與物體速度之間的關(guān)系通過平衡摩擦力使小車合力的功等于橡皮筋所做的功,實(shí)驗(yàn)更加簡便、可靠。這種平衡摩擦力的方法簡便、實(shí)用是一種巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),高考更是時(shí)常涉及。
例1(2007?海南高考)現(xiàn)要驗(yàn)證"當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比"這一物理規(guī)律.給定的器材如下:一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面(如圖三)、小車、計(jì)時(shí)器一個(gè)、米尺。
(1)填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?,完善以下?shí)驗(yàn)步驟(不考慮摩擦力的影響):
①讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)Al從靜止開始下滑至斜面底端A2,記下所用的時(shí)間t
②用米尺測量A1與A2之間的距離,則小車的加速度a=_______
③用米尺測量A1相對于A2的高度h.設(shè)小車所受重力為mg,則小車合外力F=____
④改變______,重復(fù)上述測量。
⑤以h為橫坐標(biāo),1/t2為縱坐標(biāo),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖.如能得到一條過原點(diǎn)的直線,則可以驗(yàn)證"當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比"這一規(guī)律.
(2)在探究如何消除上述實(shí)驗(yàn)中摩擦阻力影響的過程中,某同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是:
①調(diào)節(jié)斜面傾角,使小車在斜面上勻速下滑.測量此時(shí)A1點(diǎn)相對于斜面底端A2的高度h0
②進(jìn)行(1)中的各項(xiàng)測量
③計(jì)算與作圖時(shí)用(h-h0)代替h
對此方案有以下幾種評論意見:
A.方案正確可行
B.方案的理論依據(jù)正確,但利用所給器材無法確定小車在斜面上是做勻速運(yùn)動(dòng)
C.方案的理論依據(jù)有問題,小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān)
其中合理的意見是__
【答案】(1)②a= ■ ③ mg■ ④斜面的傾角或斜面高度h (2)C
【點(diǎn)評】上面的例題也是用通過傾斜滑板用下滑力來平衡摩擦力,但與前面介紹的牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境不同,本題在實(shí)驗(yàn)時(shí)滑板的傾角是在不斷變化著的,滑動(dòng)摩擦力的大小也在變化故實(shí)驗(yàn)中每一次改變傾角都需要重新平衡摩擦力,C答案正確。由于不能用平衡摩擦力的方法徹底消除摩擦力的影響,因此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量使斜面與小車做得更加光滑,減小摩擦力的影響,類似的實(shí)驗(yàn)如:驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)(如圖二)調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使兩限位孔在一豎直線上減小紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力、驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)要求測力計(jì)與平板平行且與拉桿在同一直線上等。而探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中則另辟蹊徑巧妙地消除摩擦力的影響。實(shí)驗(yàn)用描點(diǎn)法繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,要求每次小球都要重復(fù)原來的運(yùn)動(dòng),拋出的初速度相同,而傾斜軌道的摩擦力不可避免,但每次小球都在同一位置釋放影響相同,結(jié)果卻沒有影響了。
二、探究"阻力"的規(guī)律。有些實(shí)驗(yàn)不能很好地平衡摩擦力,只是采取一些"改良"的措施減小摩擦力的影響,這些措施究竟能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求有待檢驗(yàn),需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。
例2 在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,質(zhì)量 m=1.00 kg 的重物自由下落,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn).如圖四所示為選取的一條符合實(shí)驗(yàn)要求的紙帶,O 為第一個(gè)點(diǎn),A、B、C 為從合適位置開始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)(其他點(diǎn)未畫出).已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔 0.02 s打一次點(diǎn),當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?g=9.80 m/s2.那么:
(1)紙帶的___ ___端(選填"左"或"右")與重物相連;
(2)根據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù),應(yīng)取圖中 O 點(diǎn)和__ ____點(diǎn)來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律;
(3)從 O 點(diǎn)到所取點(diǎn),重物重力勢能減少量ΔEp=________J,動(dòng)能增加量ΔEk=________J(結(jié)果取 3 位有效數(shù)字)
(4)估算實(shí)驗(yàn)中的阻力與重力的比值f/mg=______________
(5)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是_____________ ___ .
【答案】(1) 左 (2) B (3)1.88J、1.84J (4)0.02 (5)在誤差范圍內(nèi)機(jī)械能守恒
【點(diǎn)評】上面通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出■=■=0.02,實(shí)驗(yàn)誤差為2%,說明實(shí)驗(yàn)中減小摩擦力采取的措施或操作是起到了較好的效果,由此評估得出的在誤差范圍內(nèi),機(jī)械能守恒這一結(jié)論是可靠的。
相對摩擦阻力空氣阻力要復(fù)雜得多,它的大小不僅與相對速度有關(guān),而且這種關(guān)系表達(dá)式也隨速度的的大小在變化,這方面江蘇高考做了很多創(chuàng)新的嘗試,為高中物理探究式教學(xué)起了很好的導(dǎo)向作用。
例3 (2010江蘇單科,11,10分)為了探究受到空氣阻力時(shí),物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律,某同學(xué)采用了"加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系"的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖五所示)。實(shí)驗(yàn)時(shí),平衡小車與木板之間的摩擦力后,在小車上安裝一薄板,以增大空氣對小車運(yùn)動(dòng)的阻力
圖六
(1)往砝碼盤中加入一小砝碼,在釋放小車___(選填"之前"或"之后")接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,在紙帶上打出一系列的點(diǎn)
(2)從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量,得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度V的數(shù)值如下表:
t(s) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
V(m/s) 0.12 0.19 0.23 0.26 0.28 0.29
請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出V-t圖象
(3)通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分折.該同學(xué)認(rèn)為:隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加,小車所受的空氣阻力將變大。你是否同意他的觀點(diǎn)?請根據(jù)V-t圖象簡要闡述理由.
【答案】(1)之前 (2)如圖七所示
(3)同意。在圖象中,速度越大時(shí),速度圖象的斜率越小,加速度越小,上車受到的合力越小,則小車受空氣阻力越大。
【點(diǎn)評】本題中借用了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)通過V-t圖象確定小車的加速度的變化,再由牛頓第二定律得出小車所受空氣阻力的變化規(guī)律。原理簡單,涉及的物理量少誤差容易控制,無論是考試還是實(shí)際實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)精巧的方案。
例4 (2012江蘇單科,11,10分)為測定木塊與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù),小亮設(shè)計(jì)了如圖八所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點(diǎn)時(shí),重物B剛好接觸地面.將B拉到P點(diǎn),待B穩(wěn)定后靜止釋放,A最終滑到Q點(diǎn).分別測量OP、OQ的長度h和s.改變h,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),分別記錄兒組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).
(1)實(shí)驗(yàn)開始時(shí),發(fā)現(xiàn)A釋放后會撞到滑輪.請?zhí)岢鰞蓚€(gè)解決方法.
(2)請根據(jù)下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出:s-h關(guān)系的圖象.
h(cm) 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
s(cm) 19.5 28.5 39.0 48.0 56.5
(3)實(shí)驗(yàn)測得A、B的質(zhì)量分別為m=0.40kg、M=0.50kg.根據(jù)s-h圖象可計(jì)算出A木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=__.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
(4)實(shí)驗(yàn)中,滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致μ的測量結(jié)果____(選填"偏大"或"偏小")
【答案】(1)減少B的質(zhì)量;增加細(xì)線的長度(或增大A的質(zhì)量;降低B的起始高度)
(2)如圖十
(3)0.4 (4)偏大