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创设问题探究摩擦生热表达式 罗 章 思维是智力的核心，学生的思维过程一般从问题开始。“创设问题”指的是在物理课堂教学中刻意地设计出一系列具体问题，使得学生积极参与到课堂活动中的各个环节中，达到充分调动学生积极性去解决问题，实现师生互动的目的。人的好奇心是与生俱来的，可以说探究是人类的一种天性。问题的存在使人焦虑不安，人们为了克服这种焦虑进而形成解决问题的冲动。在解决问题的过程中培养学生科学探究的能力。 “学生的学”永远是课堂的中心话题。学问之道，不仅在于学还要在于问。课堂是学生学习的主阵地，以问促学才是课堂的精髓所在。能够让学生自己提出问题是教学追求的目标之一。学生学习中发现的感兴趣的问题往往是很好的探究课题，因为问题来自学生，他们有探究的愿望，乐于去探索问题的究竟。 下面以探究摩擦生热表达式为例，谈谈创设问题在教学实践中的应用。 一、从习题中寻找设问切入点 图1习题：如图1，光滑水平面上有一质量=1kg的平板小车以速度=2m/s向右匀速运动，在车的右端无初速度放上一质量=3kg的物块，平板车足够长。求：A、B相对静止时，小车的速度大小？（小车上表面粗糙） 图1 师生合作解决： A、B组成的系统水平方向上不受外力，系统动量守恒，设A、B相对静止时小车的速度为，由动量守恒定律有： 代入数据得： 设问1：以上情境中初、末状态系统动能各是多少？ 师生合作解决：刚放上物块B时系统的动能；A、B相对静止时系统的动能. 设问2：表明系统有动能损失，那么损失的动能去了哪里呢？是不是因摩擦力转化为热能？如果是，那么摩擦力做功与转化为热能有什么定量的关系呢？ 图2这样的问题一提出来就能迅速吸引所有学生的注意力，让学生感到震撼。 图2 二、在解决疑惑中创设问题 设问3：如图2，质量为M的木板，静止在光滑水平面上，质量为的木块以水平速度滑上木板。由于木块和木板间有摩擦力，使得木块在木板上滑动一段距离后就跟木板一起以相同的速度运动。木块与木板组成的系统是与外界无能量交换的孤立系统。求系统动能损失的表达式。 师生合作解决： 木块与木板组成的系统，满足动量守恒定律，设两者的共同速度为，有： ⑴ 若系统的初动能为则： ⑵ 系统的末动能为则： ⑶ 经验算，若系统损失的动能为，有： ⑷ 由⑴⑵⑶⑷得： ⑸ 设问4：木块与木板组成的系统是与外界无能量交换的孤立系统，系统损失的动能去了哪里？木块与木板的相互作用力是滑动摩擦力，它是一种“耗散力”，它做负功常损耗动能。根据能量守恒定律，可以猜想：木块与木板组成的系统损耗的动能转化为热能了！木块与木板相对静止前，对两者受力分析知：木块受到的摩擦力对它做负功，木板受到的摩擦力对木板做正功。那么，滑动摩擦力做功与是否有关呢？ 师生合作解决： 滑动摩擦力对木块做的负功为，由动能定理有： ⑹ 滑动摩擦力对木板做的正功为，由动能定理有： ⑺ 尝试着计算这一对摩擦力做功的和，观察会有怎样的结果： 由⑴⑹⑺得： ⑻ 比较⑸⑻两式发现：这对摩擦力做功的和为负值，其大小竟然等于系统损失的动能！ 结论：滑动摩擦力对系统做负功，系统总动能减少，减少的动能转化为热能： ⑼ 三、提炼结论时创设问题 设问5：看来转化的热能确实与滑动摩擦力做功有关，但通过上面的探究发现与和无直接的关系。仔细审视木块在木板上的滑动过程，发现从开始到两者相对静止的过程，两物体相对于地面的位移并不相等。那么，转化热能的多少是否与此有关呢？ 师生合作解决： 设木块与木板之间的动摩擦因素为，木板足够长。由图3所示受力分析知，木块做匀减速运动，木板做匀加速运动. 两者的加速度大小分别为、，由牛顿运动定律有 ⑽ 依照前面的假设，两者的共同速度为，由运动学公式得两者的位移： 图3 ⑾ 图3 ⑿ 为了弄清楚的相对关系，可以做出图4所示运动情景图。 尝试着计算，观察会有怎样的结果： 图4 ⒀ 图4 由⑾⑿⒀得： ⒁ 代入⑴中的得： ⒂ 对上式变形得： ⒃ 师生总结：