摘要：DIS應用于高中數(shù)學教學，填補了傳統(tǒng)實驗的不足，增強了實驗的可視性。借助DIS實驗系統(tǒng)，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(guān)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(shù)學課程標準》提出了數(shù)學學科核心素質(zhì)，其特別注重培養(yǎng)中學生的探究性學習及創(chuàng)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(diào)：“數(shù)字實驗系統(tǒng)是教育信息化發(fā)展的須要，更是中學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要方式和手段”“學校要注重引導班主任研究數(shù)字實驗系統(tǒng)對傳統(tǒng)實驗的改進方式，研究數(shù)字實驗系統(tǒng)的教學方法，推動教學手段和方法的現(xiàn)代化”[1]。傳統(tǒng)實驗是中學生獲取知識最直接的手段和最真實的經(jīng)驗，在中學生動手操作能力的培養(yǎng)上起著不可替代的作用。DIS實驗系統(tǒng)簡化了實驗數(shù)據(jù)的采集過程，實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的即時處理和直觀表現(xiàn)，增強了實驗的精度和效率，中學生用于處理數(shù)據(jù)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(shè)計。最大靜磨擦力是司南版選修1第4章第3節(jié)磨擦力中的內(nèi)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(xiàn)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(nèi)容的處理是借助彈簧測力計粗測最大靜磨擦力（圖1）幫助中學生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(shù)值，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(tǒng)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(shè)計
2.1自制靜磨擦力演示儀
自制實驗儀主要有力傳感、數(shù)據(jù)采集器、計算機、手搖裝置、木板以及鐵塊，朗威.0系統(tǒng)組成。如圖2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，如圖3另一端連接力傳感的掛鉤，轉(zhuǎn)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(lián)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。利使勁傳感取代彈簧測力計具有較高的動作穩(wěn)定性，是人工動作難比擬的。
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(zhuǎn)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。如圖4，系統(tǒng)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，從圖像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(guān)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(guān)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(diào)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(shè)置橫座標為時間，縱座標為力的大小靜摩擦力的大小與什么有關(guān)，之后點擊“開始記錄”按扭后轉(zhuǎn)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(tǒng)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（如圖5所示）。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(guān)系。
2.3.2探究正壓力與最大靜磨擦力的關(guān)系
最大靜磨擦力的影響誘因在司南版教科書中并沒有設(shè)計實驗，設(shè)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（圖6），借助“其它處理”功能，可測得最大靜磨擦力的數(shù)值分別為1.290N、1.550N，通過圖6可以直觀看出最大靜摩力與正壓力的關(guān)系。
2.3.3探究接觸面粗糙程度與最大靜磨擦力的關(guān)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（如圖7）。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（如圖8）。為了便捷比較，估算出這兩種情況的靜磨擦力質(zhì)數(shù)。
2.4實驗推論
剖析圖6可以發(fā)覺，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；剖析圖7和圖8可以發(fā)覺，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(zhì)數(shù)可知靜摩擦力的大小與什么有關(guān)，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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，直觀地從圖像中反映出實驗結(jié)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(fā)展的時代，DIS實驗不可完全取代傳統(tǒng)實驗，傳統(tǒng)實驗也難以獨樹一幟。DIS實驗與傳統(tǒng)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(tǒng)實驗與DIS實驗進行優(yōu)化整合是現(xiàn)代教學的須要，是現(xiàn)今時代培養(yǎng)全面發(fā)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(shù)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(shù)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.
［4］夏良英,李永洪,張喜林.DIS實驗和傳統(tǒng)化學實驗在教學實踐中的對比研究［J］.化學班主任,2014,35(4):42-58.