摘要：DIS应用于高中数学教学，填补了传统实验的不足，增强了实验的可视性。借助DIS实验系统，检测最大静磨擦力，探究影响最大静磨擦力的诱因，加深中学生对静磨擦力的理解。
关键词：最大静磨擦力；DIS实验；弹簧测力计
1问题的提出
2017版《普通中学数学课程标准》提出了数学学科核心素质，其特别注重培养中学生的探究性学习及创新能力，倡导教学方式及学习方法的定制化。并在教学建议中明晰强调：“数字实验系统是教育信息化发展的须要，更是中学生创新能力培养的重要方式和手段”“学校要注重引导班主任研究数字实验系统对传统实验的改进方式，研究数字实验系统的教学方法，推动教学手段和方法的现代化”[1]。传统实验是中学生获取知识最直接的手段和最真实的经验，在中学生动手操作能力的培养上起着不可替代的作用。DIS实验系统简化了实验数据的采集过程，实现了实验数据的即时处理和直观表现，增强了实验的精度和效率，中学生用于处理数据的时间大大降低，为探究性实验提供了挺好的平台，以便中学生进行探究性实验设计。最大静磨擦力是司南版选修1第4章第3节磨擦力中的内容，最大静磨擦力是教学中的难点，中学生不容易判别出最大静磨擦力出现在哪些地方，中学生不理解为何最大静磨擦力比滑动磨擦力大。司南版教科书对这部份内容的处理是借助弹簧测力计粗测最大静磨擦力（图1）帮助中学生产生感性认识，企图让中学生了解到最大静磨擦力是物块恰好被带动的时侯的磨擦力。但教学中发现实验的疗效不太显著，通过弹簧测力计只能检测物体做匀速直线运动时遭到的磨擦力，最大静磨擦力很难通过弹簧测力计确切得出数值，中学生对最大静磨擦力的学习还不能达到深度地理解。因此，利使劲传感取代传统实验的弹簧测力计，检测最大静磨擦力，并探究影响最大静磨擦力的诱因，加深中学生们对最大静磨擦力的理解。
2实验的设计
2.1自制静磨擦力演示仪
自制实验仪主要有力传感、数据采集器、计算机、手摇装置、木板以及铁块，朗威.0系统组成。如图2把力传感固定在铁块中央，绳子的一端缠绕在手摇装置的滑轮上，如图3另一端连接力传感的挂钩，转动手摇柄，让绳子带动力传感，使力传感与铁块一起运动。实验时借助手摇柄自动控制铁块的联通的情况，可直接观察到轻轻带动铁块但铁块未运动时力的大小。利使劲传感取代弹簧测力计具有较高的动作稳定性，是人工动作难比拟的。
2.2实验原理
静磨擦力的大小不易检测，实验过程中借助转换法使铁块做匀速直线运动，运用二力平衡的知识，通过拉力反映磨擦力的大小。如图4，系统能将具象的磨擦力的变化过程用图象直观的显示下来，通过图像可以得出磨擦力的大小变化以及最大静磨擦力的顿时变化过程。改变铁块正压力的大小，从图像上得出最大静磨擦力的大小，由此比较最大静磨擦力与正压力的关系；改变木板的粗糙程度，从图像上得出最大静磨擦力的大小，由此比较最大静磨擦力与接触面的粗糙程度之间的关系。
2.3实验过程
2.3.1检测最大静磨擦力的大小
实验操作时打开朗威.0界面通用软件，将木板置于手摇装置上，把装有力传感的铁块置于木板上。在保持绳子松驰的情况下，对力传感进行调零。实验时轻轻带动铁块，随着拉力的减小，静磨擦力不断减小。点击“组合曲线”设置横座标为时间，纵座标为力的大小静摩擦力的大小与什么有关，之后点击“开始记录”按扭后转动手摇装置，使铁块正好运动，直到铁块动上去后停止记录。系统可手动生成该过程中f-t图像。观察实验曲线f-t图像，借助“其它处理”功能可知其最大值便是最大静磨擦力的大小（如图5所示）。按照图像变化的情况，引导中学生剖析最大静磨擦力与滑动磨擦力的关系。
2.3.2探究正压力与最大静磨擦力的关系
最大静磨擦力的影响诱因在司南版教科书中并没有设计实验，设计影响最大静磨擦力的诱因的实验，帮助学生理解最大静磨擦力的概念。实验过程中保证接触面的粗糙程度不变，改变铁块正压力的大小，当正压力分别为1.96N、2.94N时做出f-t图像（图6），借助“其它处理”功能，可测得最大静磨擦力的数值分别为1.290N、1.550N，通过图6可以直观看出最大静摩力与正压力的关系。
2.3.3探究接触面粗糙程度与最大静磨擦力的关系
保证铁块正压力大小不变，改变接触面的粗糙程度。首先让铁块与铁块接触可测得最大静磨擦力记为fm1（如图7）。之后让铁块与铁片接触，改变接触面的粗糙程度，在木板上检测出铁块与铁片二者之间的最大静磨擦力，记为fm2（如图8）。为了便捷比较，估算出这两种情况的静磨擦力质数。
2.4实验推论
剖析图6可以发觉，当接触面的粗糙程度保持一定时，铁块的最大静磨擦力随着物块正压力的变化而变化，正压力越大，物块的最大静磨擦力也越大；剖析图7和图8可以发觉，接触面的粗糙程度会影响最大静磨擦力的大小，由静磨擦质数可知静摩擦力的大小与什么有关，接触面越粗糙，最大静磨擦力越大。
3教学启示
磨擦力是热学部份重要概念之一，中学生在中学的学习中也早已初步认识了滑动磨擦力，而且对于最大静磨擦力，中学生还存在着认知障碍。教学中可以借助传统实验，从中学生的直观认识开始，用弹簧测力计带动铁块粗测铁块与木板间的最大静磨擦力，之后再借助DIS实验系统，检测最大静磨擦力，并探究影响最大静磨擦力大小的诱因。借助DIS实验系统的数据处理功能，直观地从图像中反映出实验结果。教学中通过对图像进行仔细的观察以及细致的剖析，才能加深对实验特点的了解，帮助中学生强化对化学概念的理解[3]。单一的教学方法已不适应全面发展的时代，DIS实验不可完全取代传统实验，传统实验也难以独树一帜。DIS实验与传统实验应当同时并重，互为补充，相辅相成，既无主次之分，更不能相互替换[4]。把传统实验与DIS实验进行优化整合是现代教学的须要，是现今时代培养全面发展的人的须要。
参考文献:
［1］中华人民共和国教育部.普通中学数学课程标准［S］.上海:人民教育出版社,2017:19-76.
［2］赵燕君.用DIS进行滑动磨擦力实验演示［J］.化学教学,2010,32(7):27-30.
［3］程建军.运用数字化实验增强中学化学实验教学的有效性［J］.化学班主任,2017,38(9):42-44.
［4］夏良英,李永洪,张喜林.DIS实验和传统化学实验在教学实践中的对比研究［J］.化学班主任,2014,35(4):42-58.