回归基础 突破难点
—— “平衡摩擦力”为例

◎王虞

纵观近几年浙江高考物理实验试题，大家就会发现物理实验考查方式发生了很大变化。主要是由传统型考法向基础型实验题发展。对此，我们在实验复习时应根据题型的变化改变我们的复习策略。

例：（2018年6月浙江）下列实验中，需要平衡摩擦力的是（）

A、探究小车速度随时间变化的规律

B、验证机械能守恒定律

C、探究功与速度变化的关系

D、探究加速度与力、质量的关系

点评：本题属于容易题，考查了物理实验中的“平衡摩擦力”的知识点。但与传统实验题相比，又做了变化。命题意图在于引导实验复习时一定要重视基本知识的归纳、总结。若学生知道实验中为何要平衡摩擦力的原因，若教师在讲解平衡摩擦力时细致到位，相信本题就不是问题了。

本文以人教版高中物理必修1“探究加速度与力、质量关系”中“平衡摩擦力”教学片段为例，指导学生分组探究讨论，突破实验教学难点，培养学生物理核心素养。

一、教学片断

师：牛顿第一定律指出：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。但在现实中，除了在真空中做抛体运动的物体外，仅受一个力的物体几乎是不存在。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，本实验中力F的含义可以是物体所受的合力。

师：请同学们分析讨论，实验装置中，小车受到哪些力？

生：重力、支持力、拉力及摩擦力。

师：合力由谁提供？

生：拉力减去摩擦力即为合力。

师：在钩码质量远小于小车质量条件下，钩码重力大小近似等于对小车的拉力，至于为什么以后再讨论，那么摩擦力大小如何获取？

学生小组讨论后发现摩擦力大小没法求，因为车与桌面的动摩擦因数未知。有的小组学生翻阅教材中的“摩擦力”这节，查找适合的动摩擦因数的数值。有的小组则开始讨论提出桌面尽可能光滑来消除摩擦力影响的思路。这时就需要教师加以引导。

师：刚才有的小组在翻阅教材，找到了“摩擦力”这节课中的动摩擦因数的数值，教材中“木—金属”的动摩擦因数0.20的数值本实验中能采用吗？

有的学生认为可以，实验中的确是木与金属的接触；马上有同学提出反驳：动摩擦因数不仅与材料有关，还与接触面的粗糙程度有关。本实验中材料的粗糙程度不清楚，而且实验讲究精确，不能随便把“0.20”代入本实验中。

师：同学们严谨的科学态度非常棒！那么刚才我还听到有些小组提出能不能设法消除摩擦力的影响？

生：使用气垫导轨可以减小摩擦的影响。（这时候学生没有提出桌面变光滑，可能受刚才其他学生的严谨的科学态度的影响。）

师：大家的提议非常好，使用气垫导轨确实可以减小摩擦力的影响。那么在现有的实验装置中能不能消除摩擦力的影响在，使得细绳的拉力即为合力？学生思考后如果没有解决方案。教师引导：使重力、支持力和摩擦力三力平衡后，细绳的拉力即为合力。

生：把木板无滑轮端垫高，调整木板倾斜度，使小车在不受细绳拉力时能沿木板匀速运动。

师：我们把这一操作称之为“平衡摩擦力”。那么怎样判断出已经平衡了摩擦力？

生：可以让小车在不受牵引时拖动纸带运动，通过观察纸带上打出的点迹间距是否均匀来判断是否平衡好了摩擦力。

师：小车拖动纸带运动时，纸带与打点计时器之间存在摩擦吗？生：有的。

师：那么本实验中主要摩擦阻力有哪些？

生：小车与木板的摩擦，纸带与打点计时器的摩擦。

师：平衡摩擦时小车前面要不要挂托盘和钩码？

生：平衡摩擦时小车前面不要挂托盘和钩码，如在平衡时挂上托盘和砝码，则小车受到的合力为零，不满足实验要求了。该实验操作应该是平衡摩擦后再挂上托盘和钩码，绳子拉力提供小车的合力。测得绳子拉力即可得到本实验的合力了。

师：改变小车质量和绳子拉力时要不要再重新平衡摩擦力？

生：改变小车质量和绳子拉力时不需要再重新平衡摩擦力，因为实验中是利用小车重力沿木板方向分力来平衡小车和纸带受到的摩擦阻力，可得 Gsinθ＝μcosθ，μ＝tanθ。小车与木板间的动摩擦因数一定，实验中木板的倾角不变，故整个实验只需平衡一次摩擦力即可。

二、反思与总结

传统教学中，教师往往容易直接提出“平衡摩擦力”，把教学的重点放在操作和数据、图象处理上。导致学生只知实验需要平衡摩擦力，而不知究竟为什么要平衡摩擦力。经常听到老师说：“做过，讲过，强度过，学生怎么还是做错？”其实，在教学过程中，讲、练固然重要，但让学生知道“所以然”更是重要。

笔者的课堂教学片断，从本实验的实验目的出发，抛出“如何求解本实验装置中的合力”这一问题后，让学生分小组进行讨论。不同小组提出不同的解决问题的方案，各小组之间再讨论方案的正确性、可行性。

学生通过思考问题、形成猜想和假设，小组间相互交流合作、验证解决问题，最后得出结论。这一过程培养了学生的科学探究能力，提高学生实际解决问题的能力，也增强了学生的合作意识。