经由宝辉老师的牵线:本问题有了以下说明.谢谢宝辉老师,更谢谢常瑞祥老师细致耐心的解释!
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______教材编写者关于测量摩擦力的方法的说明
五上教材P79 告诉学生:“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是它受到的摩擦力。”接下来就让学生用这种方法测量摩擦力。
“虔诚使者”老师在钻研教材和自己做实验过程中觉得有些问题,提出“教材这样要求,不知有什么道理?这个刚好如何把握?”并“建议是不是还是干脆让学生在匀速拉动时读数即可”。
对这个问题我是这样考虑的,提出来与老师们商榷。
一、关于“匀速拉动时读数”
中学物理测定滑动摩擦力采用的方法是"沿直线匀速拉动物体,读出测得的拉力,拉力大小就等于滑动摩擦力的大小。"(教科书语)使用这种方法必须要有两个认知作基础:第一、知道运动和力的如下关系:如果物体没有受到力的作用或者只受到平衡力作用时,它将保持静止或匀速直线运动状态。反过来,如果物体保持静止或匀速直线运动状态,它就没有受到力的作用或者只受到平衡力的作用。第二、具有二力平衡的知识:作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡。彼此平衡的力合力为零,不改变物体的运动状态。
中学教材在安排学生研究和测量滑动摩擦力之前,已经教学了这两项知识,所以学生明白拉动物体作匀速直线运动时,用的力是与摩擦力相平衡的力,大小等于滑动摩擦力大小。
这是一个在道理上比较严谨的方法,但是教小学生粗识摩擦力,不好照中学的方法。如果在小学也要求用匀速拉动的方法,学生会产生疑问:为什么必须要匀速拉动?用多快的匀速?学生没有上面说的两个知识基础,老师很难解释清楚,回避更是不可取的方法。另外,小学生刚接触到“匀速”概念,做实验可能会十分关注是不是匀速拉动了而影响了对研究重点的关注。
二、关于教材那样要求的道理
教材用“刚好能使这个物体运动起来”的力拉物体测摩擦力,避开了要求“匀速拉动”带来的理解困难,但实际上又能让学生用近似匀速的方式拉动物体。因为学生会按照自己的理解选择一个速度来拉,用力再小一点就停下来了,用力再大一点就大于“刚好运动起来”的速度了,操作的结果就成了慢或较慢的准匀速拉动了。(在中学测量滑动摩擦力的教学中,有经验的教师也会指导学生用较慢的速度拉物体,只要拉动就可以了,一是容易做到匀速,二是容易观察测力计读数。)
这样要求的主要原因还在于,学生比较容易理解这样操作的道理。通过此前的教学,学生知道了什么是摩擦力,也亲自感觉了手在桌子上拖动受到的阻碍运动的摩擦力,体会到这种阻碍运动的摩擦力是可以用“拖动”的力克服的。过去经验和现时的学习使学生能认识到,要使物体运动起来,要用力克服摩擦力,物体运动受到多大的摩擦力呢?就看使它运动起来要用多大的力。所以,对“刚好能使这个物体运动起来的力就是它受到的摩擦力”学生在理解上应是比较顺理成章的。
“刚好”如何把握?这就要用粗线条的方式来处理了,指导学生用“拉动了,就慢慢拉着前进并观察测力计指针的读数”就可以了。能精确做到“刚好”吗?不能,因为用任何慢的速度拉动物体,理论上都可以找到一个比它还慢的速度,即比它更要“刚好”的“刚好”。所以,我们不能苛求“刚好”,根据学生接受水平粗线条一些好。其实,中学要求“沿直线匀速拉动物体”也只能粗略做到,因为严格讲,世界上找不到真正作直线匀速运动的物体,都是近似的。
三、关于如何处理学生实验数据问题
“虔诚使者”老师自己做实验,把物体从静止拉动起来并保持匀速运动,发现测力计的读数有一个明显的变化过程,即从0值逐渐增加到最大静摩擦力值,再降一点,到滑动摩擦力值。(数据完全正确反映了物体从静止到匀速运动过程中静摩擦力变为滑动摩擦力的变化规律。)所以担心学生实验时,观察到测力计的读数有这样明显的变化过程,怎么办?
正如“虔诚使者”老师自己原来没注意这个变化一样,学生(包括我们中的很多人)一般也不会注意到这个变化。初中学生测量滑动摩擦力时,拉动物体也是从静止到运动的,学生也应该观察到测力计读数有以上明显变化的过程,但事实上,学生只注意匀速拉动时的数据。
在教学中,如果学生没注意这个变化,教师无须提示注意这个变化,因为这不是我们通过探究建立概念的方向(初中也不讲、不测量静摩擦力,高中才讲才测静摩擦力)。如果有细心的学生注意到这个客观存在的细微变化并提了出来,教师应该肯定学生的观察和发现。
填写的数据当然应该是拉动后的数据。
“虔诚使者”老师第二个担心是整个实验过程要求有精确的实验数据,但不同小组汇报数据时会出现比较大的出入,处理不当,会导致孩子对数据养成一种不科学的态度。
这个单元研究摩擦力的几个实验是要求有数据的,但不是要求十分精确的数据,结论也只是定性的,即所谓“做定量实验,得定性结论”。拉着物体运动测拉力大小比在静止状态下测物体重量要难一些,误差肯定要大一些。所以,在光滑、粗糙对比鲜明的接触面上测摩擦力,只要得到的数据有明显差别就可以了。测不同重量物体的摩擦力、测滑动和滚动的摩擦力也是这样。
由于各组测力计、物体接触面、操作方法、动态测量引起的误差等差别,各小组测量数据有所不同是肯定的,也是可以理解的。如果有必要可以向学生作些说明。我们不需要比较不同组之间的同类数据,而要指导各个小组比较接触面光滑粗糙程度不同,摩擦力大小有什么不同上。这一点,各小组数据变化规律应该是一样的。这样做也是把着力点放在了通过探究建立概念上了。(处理不同重量、滑动和滚动的摩擦力数据同理。)
以上观点和教学意见不一定正确,仅供参考。期待老师们在教学中创造出更好的方法。
常瑞祥(邮箱:crx43@sohu.com)
2007年12月23日
具体见:
http://bbs.cersp.com/dispbbs.asp?boardID=80&ID=77675&page=1