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摩擦力問題及解題技巧

生活 更新时间:2024-10-08 21:37:22

在《教研分享系列96》中呈現了《實驗:探究加速度與力、質量的關系》上課實錄後,好友認真閱讀了号主文章并指出了一個值得研究的錯誤——平衡摩擦力。

摩擦力問題及解題技巧(補償阻力法和平衡摩擦力之辯)1

号主就“平衡摩擦力”一詞并沒有深入思考,而且豪不動腦地接受了“平衡摩擦力”說法和做法。号主呈現自己的授課實錄後,好友就平衡摩擦力與号主進行了較為深入的探讨,号主才意識到“平衡摩擦力”說法值得商榷,值得更深入研究。

再一次先說一下題外話,号主在自己的公衆号上分享教研思考,絕不是把自己看成專家,在好友的提醒下,号主時刻監控自己的行文表述,努力摒棄“身份”角色影響,緻力于把目标聚焦于問題,以問題為導向,與朋友,特别是物理教師一起探讨中學物理及其教學問題。很慶幸,《教研分享系列》基本上達到了這個目的,特别是在好友的熱情交流探讨下,号主獲得了持續不斷的成長。号主一次次體驗到了網絡交流性寫作的意義——學習與成長。

“平衡摩擦力”說法和做法有問題嗎?教輔書籍中和大型聯合性考試中,經常出現這一說法,這五個字如同“專業術語”一樣在考試試題中盛行。如果不是與好友教研交流,号主可能無法深入閱讀教材。所以,從教材入手研究,這是中學教師教研的基礎。

先研究04版教材,下面是教材截圖。

摩擦力問題及解題技巧(補償阻力法和平衡摩擦力之辯)2

注意到,04版教材避免了摩擦力問題,讓小車置于了光滑水平闆上。從教材來看,根本沒有“平衡摩擦力”這一說法。但是,沒有摩擦的平闆是不可能的,按照參考案例真做實驗,加速度—力圖像中拟合的實際圖線将不過原點,為了解釋這一點,歸因為摩擦阻力的影響就不足為怪,因為這符合中學生的認知特點,也與中學物理教材内容較為吻合。以教材為中心,以知識為中心、以教師為中心的教學觀念的影響下,并受應試教育束縛和課堂教學實際制約,以“強調注意事項”的方式提出“平衡摩擦力”說法似乎顯得很自然,很正确,在中學一線課堂上和考試中經常出現這一說法,這就足以說明教學理論與教學實踐的慣性作用。

“平衡摩擦力”說法到底欠缺在哪裡呢?

為了減小阻力,實驗研究對象沒有選擇滑塊而是小車,小車安裝了剛性十足的轉動靈敏的小輪子。為了配合小輪子,平闆不是木闆,而是金屬軌道,如此摩擦阻力進一步減小了,但此時的摩擦已經不是中學物理所核心關注的滑動摩擦,而是中學物理避忌的滾動摩擦。号主認為,滾動摩擦阻力應該非常小,這一系統誤差應該會淹沒在偶然誤差之中。

再看19版教材:

摩擦力問題及解題技巧(補償阻力法和平衡摩擦力之辯)3

再一次避免了“摩擦”一詞,而運用了“效果力”阻力一詞,其中還着重突出了打點計時器對小車的阻力作用。使用阻力一詞,顯然包羅萬象,諸如摩擦阻力、空氣阻力都包含在裡面,就本實驗來講,紙帶對小車的阻力、小車車輪阻力,定滑輪之間的轉動阻力,還有空氣阻力等等,可見使用阻力一詞,可以避免争議。自然,為了避免阻力測量操作,并使得加速度與繩子拉力圖線過圖像原點,提出了“補償阻力法”。

如此比較研究,“平衡摩擦力”說法的缺憾顯而易見。如果是滑動摩擦力,使用“平衡摩擦力”一說非常貼切,而且“平衡摩擦力”操作隻需要進行一次就行。相反,如果各種阻力為主要因素,例如空氣阻力、滾動摩擦阻力,這些都與速度大小有關,那麼“補償阻力法”操作一次是否可行呢?

摩擦力問題及解題技巧(補償阻力法和平衡摩擦力之辯)4

(好友拍攝給号主的圖片)

阻力既然跟速率有關,每一次實驗的速率顯然不同,即使在用一次實驗中,速率也是越來越大的,那麼“補償阻力法”有何意義呢?

号主就此思考,認為(包括空氣、滾動摩擦)阻力是一個略有變化的“固定”值,小車運動速度變化帶來的阻力變化可忽略不計。

手機前的你,就“補償阻力法”又有怎樣的思考呢?

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