传感器在中学物理教学中的应用

焦素英

【摘要】  中学物理教学中，传感器的应用越来越广泛。使用传感器进行定量的实验探究，是的结论更精确，充分体现科学探究的严谨。本文以《静摩擦力》教学为例，探究了静摩擦力的特点以及最大静摩擦力的影响因素。

【关键词】  传感器 物理教学 静摩擦力

【中图分类号】  G633.7                     【文献标识码】  A 【文章编号】  1992-7711（2019）07-095-01

随着时代的发展和人类的进步，现代科学技术也迅猛发展，信息技术应用于教育领域的形式和手段也在不断地更新，所以，当人类的五官感知周围事物的准确度和范围受到局限时，应用现代科学仪器则可以得到延伸。传感器就是其中一种。在物理教学中，应用传感器进行定量实验，利用其强大的数据处理功能，让学生在课堂上体验科学探究的过程，从而实现科学能力和科学素养的培养。本文以《静摩擦力》一节为例，谈谈传感器如何应用于高中物理教学。

一、教学過程

1. 引入部分

教师演示两本书简单交叠，容易拉开。将两本书一页一页的进行交叠，再请两位同学上台进行拔河比赛。教师展示《加油向未来》中两辆大卡车拉书的视频。

2. 教学过程：

教师活动1：

分析书本上面某一页的受力情况。以刚刚书本为例来研究，板书书本简化图，以上面一页为研究的模型进行分析。引导学生分析出静摩擦力产生的条件。

教师强调相对运动的趋势，以书本为例，分析最上面一页的相对运动趋势，是由于向左的拉力使其有相对向左运动的拉力。引导学生从生活情境中构建出物理模型，去思考并发现问题，增强实践意识，培育物理素养。

教师活动2：

提问，什么是相对运动趋势呢？教师演示毛刷的运动。

毛刷静止时，毛处于竖直方向，当有水平外力推动毛刷并保持毛刷最下面与模板保持相对静止时，观察毛刷上毛的形变。学生观察毛刷在外力作用下毛刷的毛发生了弯曲，思考弯曲的原因。得到静摩擦力的方向是与相对运动趋势的方向相反。

我们关注一个力，要关注它的三要素，那静摩擦力的大小我们如何计算呢？给学生提供几组器材：材料1是磨砂面、材料2是木板面、材料3是毛巾面。小木块、砝码。布置任务，进行小组实验，我们将小木板放在水平桌面上，一位同学利用弹簧测力计平行于木板缓慢拉动小木块，但要保持木块与木板相对静止。

学生活动1：

学生开始分组实验，按照各组领到的器材分别进行探究。根据实验结果，学生进行展示。得到结论：1、随着拉力的变化而变化2、有最大值

教师活动3：

刚刚同学门定性地进行了静摩擦力大小的探究，今天我们用比较科学的一起进行定量的探究，看看和同学们的结论是否一样。

介绍实验仪器：力学传感器。

小滑块左侧受到绳子的拉力，小车上有磨砂面的木板，有运动向右运动的趋势时，滑块受到向右的摩擦力，根据二力平衡原理，左侧绳子上的拉力等于滑块的静摩擦力。

滑块的左侧通过绳子链接的是一个力学传感器，可以将拉钩上受到的拉力通过敏感元件直接转化成电学信号，然后通过电脑采集数据，可以用数字或图像把所受到的力显示出来。右侧链接的是一个小桶，通过漏斗往桶里面加水（可以保证水是均匀增加的），这样可以保证滑块受到的摩擦力是均匀增加的，然后观察电脑显示屏上的图像。

教师活动4：

图像的纵坐标显示的是静摩擦力，横坐标显示的是拉力的大小。逐渐均匀增加小桶中水的重力，即逐渐增加绳子的拉力，得到了如图所示的图像，由图像可知，静摩擦力的大小随着拉力的增加而不断增大，且有一个最大值。与同学们的结论相符。

教师活动5：我们发现静摩擦力有一个最大值，这个最大值我们叫最大静摩擦力。最大静摩擦力有什么因素有关呢？

学生分组实验，使用同一种接触材料，逐渐增加砝码的个数，观察弹簧测力计的最大示数有什么变化。学生通过实验，比较容易得到最大静摩擦力的大小与正压力有关，正压力越大，最大静摩擦力越大。那具体成什么关系呢？我们再次使用里的传感器进行实验，本次上学生操作，得到了如图所示的实验结论，最大静摩擦力的大小与正压力成正比。

课堂练习，巩固静摩擦力的产生条件、方向以及最大静摩擦力的影响因素。展示生活中的静摩擦力，分析拔河比赛中的摩擦力，并能分析在实际的比赛中如何取胜。

课堂小结：

总结本节课的知识，并根据学生在本节课的表现进行适当的点评。

二、对本节课的思考

从内容上看，本节内容是《摩擦力》这一节的第一课时，容量适中。结合高中物理《课标》对该知识点的要求，“通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力”。其中，对静摩擦力规律的认识应该包括最大静摩擦力。

这节课中教学实施是，从简单的生活情境构建出物理模型来，先采用学生小组的分组实验，从感官上定性地得到静摩擦力的特点以及最大静摩擦力的影响因素。然后借助于力学传感器，将定性的小组分析和定量的仪器分析结合起来，增强了学生实验探究的科学性。这样可以让学生能运用正确的科学思维方法从定性到定量两个方面进行科学推理、找出规律，形成结论。同时，借助小组合作探究，培养学生处理问题的能力，归纳总结的能力、语言表达能力及知识迁移的能力等。

随着我国教育课程改革的发展，教育资源也不断丰富，传感器技术应用于中学物理教学是一次教学手段的革新，是教育技术的进步。在实际的物理教学过程中，我们既要提倡传感器应用于课堂教学，又不能偏废传统实验原理、实验手段和实验方法的学习。而应该从教学实验内容实际出发，将两者有机地结合起来，共存互补，才能充分发挥各自的优势。

[ 参  考  文  献 ]

[1]汤跃明.感器技术在中学物理实验教学中的应用[J].中国电化教育，2006（11）.

[2]田海霞.传感器在物理教学中的应用案例研究[J].中国现代教育装备，2011（7）.

[3]余雪妹.传感器在高中物理新课程实验教学中的应用与思考[J].物理教学探讨.2011（2）