王伟全 费金有

摘要：物理概念是高中物理教学的核心内容之一，文章以“摩擦力”一课为例，设计了基于物理学科核心素养的教学方案，并探讨了如何发展学生的核心素养。

关键词：核心素养  高中物理  摩擦力

一、内容分析

摩擦力是高中力学三类常见的力之一，是受力分析的基础，为后面牛顿运动定理、动能定理的学习打下知识基础，所以本节课在整个高中物理学习中具有重要的地位和作用。

二、教学目标

第一，认识摩擦力。学生应知道滑动摩擦力和静摩擦力现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。

第二，体会控制变量法的物理思维。学生应学会利用二力平衡的方法求解静摩擦力的方向和大小。

第三，通过实验探究影响滑动摩擦力大小的因素，培养学生的科学探究能力。

第四，调查生活中利用或避免摩擦力的实例，让学生形成“物理来源于生活，应用于生活”的意识。

三、教学方法

第一，通过静摩擦力的产生条件和方向，类比得出滑动摩擦力的产生条件和方向。

第二，运用创设情境——提出问题——自主探究——交流讨论——归纳总结的流程进行教学。

四、教学过程

（一）静摩擦力

教师演示实验：用弹簧测力计沿水平方向拉木块，手拿瓶子，并提出问题：“静摩擦力产生的条件是什么？”

经过启发学生思考，引导学生讨论，学生能得出结论，摩擦力的产生有两个条件：两个物体相互接触且有弹力，两个物体之间有相互运动趋势。

（二）滑动摩擦力

比较静摩擦力和滑动摩擦力，得出滑动摩擦力的产生条件与方向。

教师提出问题：“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关？”同时介绍演示实验——将木块放在传送带上并与弹簧秤相连，打开电源时，传送带匀速运动，而木块保持静止。

在学生以小组为单位完成实验后，教师可引导学生得出结论：滑动摩擦力大小和接触面之间的正压力成正比，与物体之间的接触材料和接触面的粗糙程度有关。

（三）静摩擦力与滑动摩擦力的关系

教师提出问题：“在相同的条件下，最大静摩擦力和滑动摩擦力谁更大呢？”然后提供两种实验方案：方案一，用记忆弹簧秤比对;方案二，用动态力传感器显示。

教师演示实验，用小电机拉木块，木块从静止状态到匀速运动。通过两个方案的探究得到了同样的结论——滑动摩擦力比最大静摩擦力稍小。

（四）联系生活与实际

教师提出问题：“生活有哪些摩擦力，如果摩擦力消失了，世界将会变成什么样？”

在学生回答后，教师指导学生理论联系实际，建立起摩擦力与生活的联系。

教师再次提问：“摩擦力是有益的还是有害的？”同时列举有益摩擦力和有害摩擦力。

五、教学评价

在“摩擦力”一课的教学设计中，教师围绕教学目标设计了教学过程和教学活动，渗透了核心素养的基本理念。贯穿整节课的探究实验和随堂实验不仅创设了学习情境，还加深了学生对知识的理解，发展了学生的科学思维，增强了学生的实践意识，提高了学生科学探究的能力，全方位培养了学生的核心素养。

六、课堂实录

教师说道：“上节课我们学习了弹力，知道弹力是因为相互接触的物体，因为挤压发生形变，在接触面上产生的恢复形变的一种力，请同学们伸出手掌，按在桌面上下压，你们能感受到桌面对手掌的弹力吗？”

学生齐声回答：“能。”

教师继续说：“好的，接着完成下一个动作，保持压力不变，沿着桌面推手掌，有没有感到一种阻碍手掌启动和运动的力？这个力时时相伴我们，却容易被我们忽视，这就是摩擦力。”

教师继续引导学生：“在刚才的实验中，阻碍手掌启动的力产生在两个相对静止，但是有运动趋势的物体之间，它叫静摩擦力;当手掌启动以后，阻碍手掌运动的力发生在两个相互接触，又有相对运动的物体之间，我们把这个力叫滑动摩擦力。今天，我们就一起来认识它们。”

此时，学生都跃跃欲试，异常兴奋。教师说道：“我们先来看静摩擦力，和前面学习弹力一样，要想认识一个力，就要从它的产生条件、大小和方向说起。我们把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块。同学们请看，弹簧测力计有了读数，而木块依然静止。现在，我轻轻拿起一个瓶子，静止在半空不动，这两个我们生活中常见的景象中，能探寻到有关静摩擦力的哪些信息呢？回顾刚才的实验，弹簧测力计给木块施加了哪个方向的拉力？木块想往哪个方向运动？”

学生1回答：“向左。”

教师追问：“那么为什么木块没有运动呢？”

学生2回答：“因为与木板的摩擦力。”

教师继续说：“请同学们再看，当我撤去拉力时，摩擦力还存在吗？”

学生齐答：“不存在。”

教师说：“从刚才的现象中，我们不难发现，当施加向左的拉力时，木块想往左运动，这时摩擦力出现了;当撤去拉力，木块待在原地不动时，摩擦力消失了。我们是不是可以得到一个结论？”

学生齐答：“摩擦力与相对运动趋势有关。”

教师继续说：“同学们再看，当我拿起瓶子，在重力的作用下，为什么瓶子没有下落呢？”

学生3回答：“因为手与瓶子之间存在摩擦力。”

教师问：“摩擦力是什么方向？”

学生3回答：“是向上的。”

教师再问：“如果我把手松开一点，松到手和瓶子之间的弹力等于0时，瓶子掉下去了，那么從这个现象中，我们又能得到什么结论？”

学生3回答：“摩擦力可能与弹力有关。”

教师继续引导：“刚才同学们说出了摩擦力产生的两个条件，两个物体相互接触且有弹力，便有了相互运动趋势，那么是不是只有这两个条件就可以了呢？”

此时，教师请男女生各一名上来做游戏，用两双不同的筷子将相同重量的砝码夹到砝码盘中，看谁夹得快。

比赛结束后，教师说道：“一般来说，男同学的力气要比女同学大，怎么男同学夹了半天也夹不进去呢？你们仔细观察筷子就会发现，男同学是光滑的塑料筷，女同学是粗糙的竹筷。这样看来，静摩擦力产生的第三个条件就是接触面间必须粗糙。”

教师说：“我们再看静摩擦力的大小和方向，回到刚才的木块实验，木块受到木板对他的静摩擦力是什么方向呢？”

学生答：“向右，因为如果摩擦力方向和拉力方向一致的话，木块肯定运动起来了，但是木塊是静止的，所以静摩擦力肯定在阻碍拉力作用。可见，拉力和静摩擦力是一对平衡力。”

教师问：“没错，木块受到向左的拉力，它静止不动，而它受到的静摩擦力必定向右。所以静摩擦力和物体相对运动趋势相反。”

教师继续引导：“我们回到刚才的实验，请注意弹簧测力计示数。当木块静止不动时，拉力和静摩擦力总是保持二力平衡，拉力增大，静摩擦力也增大，那么它能不能无限制地继续增大呢？”

教师接着说：“继续增大拉力，木块终于移动了。这个现象说明静摩擦力不能一直增大，有个最大值，这就是最大静摩擦力。所以静摩擦力的大小在0与最大静摩擦力之间。”

教师说：“如果物体和地面之间发生了相对滑动，又是怎样的一番情景呢？这就是我们要进入的第二个话题——滑动摩擦力。”

教师说：“回到刚才的实验，我们增大拉力，木块不动，受到的还是静摩擦力，继续增大拉力，木块运动起来了，这时的弹簧测力计仍然有示数，这说明木块运动的过程依然受到木板的摩擦力，这个摩擦力就是滑动摩擦力。”

教师问：“滑动摩擦力，我们在初中已经有了接触，请同学们回忆一下并互相讨论下，滑动摩擦力产生的条件是什么，它的方向有什么特点？”

学生回答：“滑动摩擦力产生条件是两物体接触且有弹力，两物体间发生相对运动，接触面粗糙;滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相反。”

教师肯定道：“很好，同学们有没有发现滑动摩擦力产生条件和静摩擦力产生条件有些类似，它们的不同之处在哪里呢？”

教师说：“到了高中我们要进一步定量的描述滑动摩擦力和接触面之间的压力到底有什么关系？现在请同学们用微型电机传送带来探究一下。”

此时，学生完成实验，记录数据。

教师问道：“同学们，观察记录的数据表格，你们有什么发现？”

学生回答：“物体所受的滑动摩擦力和压力成正比，比例系数接近一个定值。”

教师解释：“在误差允许的范围内，我们可以认为比例系数是一个定值，我们把它称为动摩擦因数。滑动摩擦力大小和接触面之间的正压力成正比，比例常数我们称为动摩擦因数，与物体之间的接触材料和接触面的粗糙程度有关。”

教师问道：“学完了滑动摩擦力，请同学们思考这样一个问题，在相同的条件下，最大静摩擦力和滑动摩擦力谁大呢？我们用记忆弹簧秤比对，当拉力达到某一数值时木块开始滑动，此时拉力会突然变小。滑动以后的示数有没有最大静摩擦力大？”

学生回答：“没有。”

教师继续说：“接下来，大家看大屏幕，这可以看出最大静摩擦力比滑动摩擦力要大。”

实验结束后，我们得到了同样的结论，那就是滑动摩擦力比最大静摩擦力稍小。

教师引导学生：“我们身边存在大大小小、形形色色的摩擦力，只要注意观察便能找出许多，你能举出几个例子吗？再构想一下，如果这个世界没有摩擦力，将是怎样的一番情景？”

学生1回答：“溜冰、拖动桌子的时候都能感受到摩擦力，汽车轮胎与地面也有摩擦力，如果没有摩擦力，每天都会有车祸发生。”

学生2回答：“人走路的时候也有摩擦力，打篮球的时候，如果没有摩擦力，手就抓不住篮球了。”

教师继续说：“可以说，摩擦力在生活中处处存在。”接着，教师可展示刘翔跨栏和F1赛车的视频，分析刘翔起跑后的后蹬脚和赛车启动后驱动轮所受摩擦力的情况。”

教师总结：“摩擦力有时是有益，有时是有害的。所以在生活中，我们要学会利用摩擦力解决问题。”

参考文献：

[1]廖伯琴.《普通高中物理课程标准》（2017年版）要点解读[J].物理教学，2020（2）.

（作者单位：吉林师范大学）