摘要：DIS應用于高中數學教學，填補了傳統實驗的不足，增強了實驗的可視性。借助DIS實驗系統，檢測最大靜磨擦力，探究影響最大靜磨擦力的誘因，加深中學生對靜磨擦力的理解。
關鍵詞：最大靜磨擦力；DIS實驗；彈簧測力計
1問題的提出
2017版《普通中學數學課程標準》提出了數學學科核心素質，其特別注重培養中學生的探究性學習及創新能力，倡導教學方式及學習方法的定制化。并在教學建議中明晰強調：“數字實驗系統是教育信息化發展的須要，更是中學生創新能力培養的重要方式和手段”“學校要注重引導班主任研究數字實驗系統對傳統實驗的改進方式，研究數字實驗系統的教學方法，推動教學手段和方法的現代化”[1]。傳統實驗是中學生獲取知識最直接的手段和最真實的經驗，在中學生動手操作能力的培養上起著不可替代的作用。DIS實驗系統簡化了實驗數據的采集過程，實現了實驗數據的即時處理和直觀表現最大靜摩擦力怎么算，增強了實驗的精度和效率，中學生用于處理數據的時間大大降低，為探究性實驗提供了挺好的平臺，以便中學生進行探究性實驗設計。最大靜磨擦力是司南版選修1第4章第3節磨擦力中的內容，最大靜磨擦力是教學中的難點，中學生不容易判別出最大靜磨擦力出現在哪些地方，中學生不理解為何最大靜磨擦力比滑動磨擦力大。司南版教科書對這部份內容的處理是借助彈簧測力計粗測最大靜磨擦力幫助中學生產生感性認識，企圖讓中學生了解到最大靜磨擦力是物塊恰好被帶動的時侯的磨擦力。但教學中發現實驗的療效不太顯著，通過彈簧測力計只能檢測物體做勻速直線運動時遭到的磨擦力，最大靜磨擦力很難通過彈簧測力計確切得出數值最大靜摩擦力怎么算，中學生對最大靜磨擦力的學習還不能達到深度地理解。因此，利使勁傳感取代傳統實驗的彈簧測力計，檢測最大靜磨擦力，并探究影響最大靜磨擦力的誘因，加深中學生們對最大靜磨擦力的理解。
2實驗的設計
2.1自制靜磨擦力演示儀
自制實驗儀主要有力傳感、數據采集器、計算機、手搖裝置、木板以及鐵塊，朗威.0系統組成。把力傳感固定在鐵塊中央，繩子的一端纏繞在手搖裝置的滑輪上，另一端連接力傳感的掛鉤，轉動手搖柄，讓繩子帶動力傳感，使力傳感與鐵塊一起運動。實驗時借助手搖柄自動控制鐵塊的聯通的情況，可直接觀察到輕輕帶動鐵塊但鐵塊未運動時力的大小。利使勁傳感器器取代彈簧測力計具有較高的動作穩定性，是人工動作難比擬的[2]。
2.2實驗原理
靜磨擦力的大小不易檢測，實驗過程中借助轉換法使鐵塊做勻速直線運動，運用二力平衡的知識，通過拉力反映磨擦力的大小。系統能將具象的磨擦力的變化過程用圖象直觀的顯示下來，通過圖像可以得出磨擦力的大小變化以及最大靜磨擦力的頓時變化過程。改變鐵塊正壓力的大小，從圖象上得出最大靜磨擦力的大小，由此比較最大靜磨擦力與正壓力的關系；改變木板的粗糙程度，從圖像上得出最大靜磨擦力的大小，由此比較最大靜磨擦力與接觸面的粗糙程度之間的關系。
2.3實驗過程
2.3.1檢測最大靜磨擦力的大小
實驗操作時打開朗威.0界面通用軟件，將木板置于手搖裝置上，把裝有力傳感的鐵塊置于木板上。在保持繩子松馳的情況下，對力傳感進行調零。實驗時輕輕帶動鐵塊，隨著拉力的減小，靜磨擦力不斷減小。點擊“組合曲線”設置橫座標為時間，縱座標為力的大小，之后點擊“開始記錄”按扭后轉動手搖裝置，使鐵塊正好運動，直到鐵塊動上去后停止記錄。系統可手動生成該過程中f-t圖像。觀察實驗曲線f-t圖像，借助“其它處理”功能可知其最大值便是最大靜磨擦力的大小。按照圖像變化的情況，引導中學生剖析最大靜磨擦力與滑動磨擦力的關系。
2.3.2探究正壓力與最大靜磨擦力的關系
最大靜磨擦力的影響誘因在司南版教科書中并沒有設計實驗，設計影響最大靜磨擦力的誘因的實驗，幫助學生理解最大靜磨擦力的概念。實驗過程中保證接觸面的粗糙程度不變，改變鐵塊正壓力的大小，當正壓力分別為1.96N、2.94N時做出f-t圖像，借助“其它處理”功能，可測得最大靜磨擦力的數值分別為1.290N、1.550N，可以直觀看出最大靜摩力與正壓力的關系。
2.3.3探究接觸面粗糙程度與最大靜磨擦力的關系
保證鐵塊正壓力大小不變，改變接觸面的粗糙程度。首先讓鐵塊與鐵塊接觸可測得最大靜磨擦力記為fm1。之后讓鐵塊與鐵片接觸，改變接觸面的粗糙程度，在木板上檢測出鐵塊與鐵片二者之間的最大靜磨擦力，記為fm2。為了便捷比較，估算出這兩種情況的靜磨擦力質數。可得出木與木之間的最大靜磨擦質數分別是：μs(木-木)=0.39；木與鐵之間的最大靜磨擦質數分別是：μs(木-鐵)=0.35。
2.4實驗推論
當接觸面的粗糙程度保持一定時，鐵塊的最大靜磨擦力隨著物塊正壓力的變化而變化，正壓力越大，物塊的最大靜磨擦力也越大；接觸面的粗糙程度會影響最大靜磨擦力的大小，由靜磨擦質數可知，接觸面越粗糙，最大靜磨擦力越大。
3教學啟示
磨擦力是熱學部份重要概念之一，中學生在中學的學習中也早已初步認識了滑動磨擦力，而且對于最大靜磨擦力，中學生還存在著認知障礙。教學中可以借助傳統實驗，從中學生的直觀認識開始，用彈簧測力計帶動鐵塊粗測鐵塊與木板間的最大靜磨擦力，之后再借助DIS實驗系統，檢測最大靜磨擦力，并探究影響最大靜磨擦力大小的誘因。借助DIS實驗系統的數據處理功能，直觀地從圖像中反映出實驗結果。教學中通過對圖像進行仔細的觀察以及細致的剖析，才能加深對實驗特點的了解，幫助中學生強化對化學概念的理解[3]。單一的教學方法已不適應全面發展的時代，DIS實驗不可完全取代傳統實驗，傳統實驗也難以獨樹一幟。DIS實驗與傳統實驗應當同時并重，互為補充，相輔相成，既無主次之分，更不能相互替換[4]。把傳統實驗與DIS實驗進行優化整合是現代教學的須要，是現今時代培養全面發展的人的須要。
參考文獻:
［1］中華人民共和國教育部.普通中學數學課程標準［S］.上海:人民教育出版社,2017:19-76.
［2］趙燕君.用DIS進行滑動磨擦力實驗演示［J］.化學教學,2010,32(7):27-30.
［3］程建軍.運用數字化實驗增強中學化學實驗教學的有效性［J］.化學班主任,2017,38(9):42-44.
