高中物理摩擦力教案
3 摩擦力
整體設(shè)計
摩擦力是力學(xué)中的三大性質(zhì)力之一，正確認(rèn)識摩擦力對后面知識的學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用.在摩擦力這節(jié)課中，要求會計算滑動摩擦力的大小和判斷其方向，以及靜摩擦力的大小和方向的判斷.教師在教學(xué)過程中要將學(xué)生在初中所學(xué)過的相關(guān)概念與本節(jié)內(nèi)容相結(jié)合，與生活中的實例相結(jié)合，逐步引導(dǎo)、循循善誘，對兩種摩擦力的大小和方向判定有個清晰的認(rèn)識.在探究過程中要充分利用初中二力平衡的知識，在物體從靜止到運動的過程中認(rèn)識靜摩擦力和滑動摩擦力大小變化情況，使學(xué)生的認(rèn)識從感性到理性發(fā)生質(zhì)的變化.對于動摩擦因數(shù)的教學(xué)最好通過實驗讓學(xué)生探究得出.由于本節(jié)課的特點，在整個教學(xué)過程中要充分體現(xiàn)新課標(biāo)的探究精神，讓學(xué)生多用所學(xué)知識揭示生活中的相關(guān)現(xiàn)象本質(zhì).
教學(xué)重點
1.滑動摩擦力的大小及方向的判斷.
2.靜摩擦力的有無及方向的判斷.
3.靜摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律.
教學(xué)難點
1.靜摩擦力有無的判斷和方向的判斷.
2.靜摩擦力大小的計算.
課時安排
3課時
三維目標(biāo)
知識與技能
1.知道什么是靜摩擦力、最大靜摩擦力、滑動摩擦力.
2.能計算靜摩擦力、滑動摩擦力的大小并會判斷它們的方向.
過程與方法
1.學(xué)生通過設(shè)計實驗，并使用控制變量法對影響滑動摩擦力和靜摩擦力大小的因素進(jìn)行實驗探究.
2.培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,培養(yǎng)學(xué)生利用知識解決實際問題的能力.
情感態(tài)度與價值觀
通過靜摩擦力的探究過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法.
課前準(zhǔn)備
教具準(zhǔn)備:木塊、彈簧秤、木板、毛巾、紙、鋼板、砂紙、水等.
知識準(zhǔn)備:搜集有關(guān)的摩擦力信息.
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
活動導(dǎo)入
準(zhǔn)備兩只碗，分別放入數(shù)量較多的玻璃小球，一只碗內(nèi)是光滑干凈的，另一只碗內(nèi)是粘有灰塵的.請兩個同學(xué)把玻璃球從碗中用筷子夾出來，比賽看誰夾得快.然后讓兩位同學(xué)分別說出自己的感想,從而引出摩擦力的問題.
情景導(dǎo)入
(課件展示)播放運動員滑雪的錄像,如圖3-3-1,讓學(xué)生說出滑雪要求的環(huán)境條件，然后導(dǎo)
出摩擦力的概念.
圖3-3-1
問題導(dǎo)入
粉筆在黑板上可以寫出字來,在玻璃上寫得出來嗎?試試看.想想若在外面的柏油路面上用粉筆寫字又會有何不同?為什么？你認(rèn)為摩擦力是一種什么樣的力？
讓學(xué)生用自己的語言敘述摩擦力.
推進(jìn)新課
學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過摩擦力，通過直接提問使學(xué)生回憶并敘述摩擦力的概念.
概念：兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運動或具有相對運動的趨勢時，就會在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力.本節(jié)課就來深入研究摩擦力.
請學(xué)生做個小實驗：要求學(xué)生用逐漸增大的水平力推動在教室中放置的桌子，直到推動一段距離.(設(shè)計意圖:讓學(xué)生體會并分析出桌子受到推力和摩擦力的作用，使學(xué)生產(chǎn)生對靜摩擦力和滑動摩擦力的感性認(rèn)識)
學(xué)生活動:學(xué)生按老師要求推桌子，并感受推力大小變化.
問題：為什么用力推桌子而桌子不一定運動？為什么想讓桌子繼續(xù)運動還要繼續(xù)推？
初步引出對靜摩擦力和滑動摩擦力的感性認(rèn)識.
一、靜摩擦力
由用力推桌子而不動，師生討論引導(dǎo)出靜摩擦力的概念：兩個相互接觸的物體之間有相對運動趨勢而又保持相對靜止時,在接觸面間所產(chǎn)生的阻礙相對運動趨勢的力叫靜摩擦力.
問題：靜摩擦力是一恒定的力嗎？怎樣求靜摩擦力的大��？怎樣判斷靜摩擦力的方向？
【實驗探究】 在水平桌面上放一木塊，用彈簧測力計沿水平方向用較小的力拉木塊但保持木塊不動，并不斷緩慢地增大拉力.注意提示學(xué)生觀察彈簧秤的示數(shù)變化.
實驗如圖3-3-2：
圖3-3-2
實驗現(xiàn)象：我們可以看到隨著拉力的增大，彈簧秤的示數(shù)不斷增大.
結(jié)論：由二力平衡的知識可以知道，木塊受到的靜摩擦力大小等于彈簧秤的拉力，方向和拉力的方向相反.所以靜摩擦力不是一固定值，它隨外力的變化而變化，總是和外力大小相等、方向相反.
繼續(xù)試驗：在彈簧測力計指針下輕塞一個小紙團(tuán)，它可以隨指針移動，并作為指針到達(dá)最大位置的標(biāo)志.在剛才實驗的基礎(chǔ)上繼續(xù)用力，當(dāng)拉力達(dá)到一定的值時木塊開始移動，此時拉力會突然變小.要求學(xué)生記下剛才的最大值.
結(jié)論：靜摩擦力的增大有一個限度，這個限度就是最大靜摩擦力Fmax，其值等于物體剛剛開始運動時的拉力.兩物體間實際發(fā)生的靜摩擦力F在0與最大靜摩擦力Fmax之間.
問題：最大靜摩擦力的'大小和什么因素有關(guān)呢？（教師提出問題，由學(xué)生自主設(shè)計實驗驗證最大靜摩擦力大小的決定因素）
學(xué)生活動:學(xué)生設(shè)計實驗并探究，整理分析實驗數(shù)據(jù).
參考設(shè)計：
1.裝置如上面的實驗，在木塊上面增加砝碼，驗證在不同的壓力作用下的最大靜摩擦力的大�。槐３謮毫Σ蛔�，分別在桌面上、棉布面上、毛巾面上驗證最大靜摩擦力的值.
2.用手握一油瓶，手的握力恰好使得油瓶不下落，此時最大靜摩擦力等于瓶的重力.不斷增加瓶中的油，要想瓶恰不滑落，應(yīng)該增加手的握力即壓力,由此判斷最大靜摩擦力和壓力的關(guān)系.換用不同粗糙程度的瓶子做實驗，驗證最大靜摩擦力和接觸面的粗糙程度的關(guān)系.
活動:學(xué)生交流討論并得出結(jié)論:
1.靜摩擦力大小值并不唯一；
2.最大靜摩擦力與壓力和接觸面有關(guān)系.
引導(dǎo)學(xué)生說一下生活中和生產(chǎn)中利用靜摩擦力的事例.
�。ㄕn件展示）圖片示例：
圖3-3-3
課堂訓(xùn)練（課件展示）
1.有關(guān)靜摩擦力的說法中正確的是（ ）
A.只有靜止的物體才受靜摩擦力 B.靜摩擦力與壓力成正比
C.靜摩擦力可能與運動方向垂直 D.靜摩擦力的方向與物體運動方向一定相反
解析：受靜摩擦力作用的物體不一定靜止，故A錯.靜摩擦力的大小與壓力無關(guān)，而與物體的運動狀態(tài)及所受其他力的情況有關(guān)，故B錯.靜摩擦力的方向可與運動方向成任意角度，故C正確.靜摩擦力的方向與運動方向無關(guān)，但一定與相對運動方向相反，故D錯.
答案：C
2.如圖3-3-4所示，用外力F水平壓在質(zhì)量為m的物體上（設(shè)受力F的面絕對光滑），恰好使物體靜止，此時物體與墻之間的摩擦力為______；如果F增大為3F，物體與墻之間的摩擦力為______.
圖3-3-4
解析：物體受向下的重力為mg，由二力平衡條件知靜摩擦力大小也為mg，方向向上，當(dāng)推力增為3F時，物體重力不變，則靜摩擦力也不變.
答案：mg mg
二、滑動摩擦力
概念：當(dāng)一個物體在另一個物體表面上滑動的時候，會受到另一個物體阻礙它滑動的力，這種力叫做滑動摩擦力.滑動摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體的相對運動方向相反.（可以通過復(fù)習(xí)回憶得出，或者通過演示實驗總結(jié)得出，也可以直接給出）
（提出要求）利用教材演示實驗儀器設(shè)計實驗，定量研究影響滑動摩擦力大小的因素.（設(shè)計意圖：使學(xué)生意識到應(yīng)采用控制變量法進(jìn)行多變量的研究；使學(xué)生體會摩擦力的大小的影響因素）
1.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗原理的探究.
(學(xué)生活動:思考并交流討論得出利用二力平衡定量測量滑動摩擦力的大小)
2.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗方法的探究
(學(xué)生活動:思考并交流討論得出控制變量法)
3.組織學(xué)生利用已有器材進(jìn)行實驗探究
(學(xué)生活動:學(xué)生進(jìn)行分組實驗探究)
4.要求學(xué)生設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的分析初步得出自己的結(jié)論.
(學(xué)生活動:展示自己的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終定量得出壓力與滑動摩擦力的關(guān)系，對動摩擦因數(shù)有定性的認(rèn)識)（設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的分析處理能力）
小結(jié)：滑動摩擦力的計算公式f=μN.（設(shè)計意圖：訓(xùn)練學(xué)生語言表達(dá)及邏輯推理能力）
介紹動摩擦因數(shù)的物理意義及常見材料間的動摩擦因數(shù).
課件展示：
幾種材料間的動摩擦因數(shù)
材料 動摩擦因數(shù) 材料 動摩擦因數(shù)
鋼—鋼 0.25 鋼—冰 0.02
木—木 0.30 木頭—冰 0.03
木—金屬 0.20 橡膠輪胎—路面（干） 0.71
皮革—鑄鐵 0.28
例題.滑雪是北方地區(qū)人們喜愛的一種運動.有的地方人們用鹿拉滑雪板進(jìn)行滑雪比賽.已知滑雪板與冰面間的動摩擦因數(shù)為0.02，滑雪板和人的總質(zhì)量為180 kg.如果鹿拉著滑雪板做勻速直線運動，求鹿的拉力大小.
解析：由于滑雪板做勻速直線運動，可知鹿的拉力F與滑動摩擦力的大小相等，即F=f.同時，滑雪板與冰面的壓力N與滑雪板和人的重力相等，即N=G.
由滑動摩擦力公式，可求出鹿的拉力大小為
F=f=μN=μMg=0.02×180×9.8 N=35.3 N.
答案:35.3 N
課堂訓(xùn)練
質(zhì)量為2 kg的物體，靜止在水平面上.物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.5，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小視為相等.給物體一水平拉力.
(1)當(dāng)拉力大小變?yōu)? N時，地面對物體的摩擦力是多大？
(2)當(dāng)拉力大小變?yōu)?2 N時，地面對物體的摩擦力是多大？
(3)此后若將拉力又減小為5 N（物體仍在滑動），地面對物體的摩擦力是多大？
(4)若撤去拉力，在物體繼續(xù)滑動的過程中，地面對物體的摩擦力是多大？（取g=10 N/kg）
解析：（1）當(dāng)拉力F=5 N時，F(xiàn)＜fmax,物體沒有滑動，地面對物體的摩擦力為靜摩擦力,f=F=5 N；
�。�2）當(dāng)拉力F=12 N時，F(xiàn)＞fmax,物體滑動起來，地面對物體的摩擦力為滑動摩擦力F滑=μN=μmg=0.5×2×10 N=10 N；
�。�3）當(dāng)拉力又減小為5 N時，由于物體仍在地面上滑動，所以物體受到地面的摩擦力仍是滑動摩擦力，所以仍是10 N；
（4）當(dāng)拉力撤去后，由于物體繼續(xù)在地面上滑動，物體受到地面的摩擦力仍是滑動摩擦力，所以仍為10 N.
答案：（1）5 N （2）10 N （3）10 N （4）10 N
知識拓展
增大有益摩擦：
1.增加物體表面的粗糙程度.如：鞋底、車輪胎、各種旋鈕表面都有花紋.
2.增大壓力.如：電動機(jī)的皮帶拉得很緊，以便增大壓力來增大摩擦力，防止皮帶打滑.
減小有害摩擦：
1.用滾動摩擦代替滑動摩擦：用滾動軸承代替滑動軸承.
2.減小表面粗糙程度：加潤滑油.
課堂小結(jié)
1.兩個互相接觸的物體，當(dāng)它們要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對運動時，在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙物體間相對運動的力，叫摩擦力.
靜摩擦力 滑動摩擦力 符號及單位
產(chǎn)生原因 表面粗糙有擠壓作用的物體間具有相對運動趨勢時 表面粗糙有擠壓作用的物體間發(fā)生相對運動時 摩擦力用f表示
單位:牛頓
簡稱:牛
符號:N
大小 始終與外力沿著接觸面的分量相等 f=μN
方向 與相對運動趨勢相反 與相對運動方向相反
2.摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)，跟物體間接觸面的粗糙程度有關(guān).
常用增大壓力和使接觸面更粗糙的方法增大有益摩擦.減小有害摩擦的方法有:使摩擦面光滑，用滾動代替滑動，使摩擦面脫離接觸（加潤滑油、氣墊）這三種方法.
布置作業(yè)
1.教材第62頁，“問題與練習(xí)”2、3.
2.教材第60頁“做一做”.
板書設(shè)計
3 摩擦力
1.摩擦力產(chǎn)生的條件
�。�1）接觸面粗糙
（2）在接觸面上有垂直作用的正壓力
�。�3）有相對運動或者有相對運動趨勢
2.靜摩擦力
�。�1）變力:0＜F靜≤Fmax
（2）方向：靜摩擦力的方向總跟接觸面相切，并且跟物體相對運動趨勢的方向相反
3.滑動摩擦力
�。�1）大�。篎=μFN
�。�2）方向：滑動摩擦力的方向總是與接觸面相切，且與相對運動方向相反
活動與探究
1.設(shè)計實驗測量紙面間的動摩擦因數(shù).
2.觀察自行車上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，你能想出哪些辦法來增大或減小它們.
自主設(shè)計實驗.包括選擇實驗器材、設(shè)計實驗步驟,并設(shè)計、寫出實驗報告.
習(xí)題詳解
1.解答:手壓著桌面向前移動時,手受到桌面的滑動摩擦力作用.滑動摩擦力的方向與手指移動的方向相反,阻礙手指的運動.手對桌面的壓力越大,手指受到的滑動摩擦力越大,對手指相對桌面運動的阻礙作用越明顯.
2.解答:(1)不受.因為瓶子與桌面之間沒有相對運動的趨勢.
(2)受靜摩擦力作用,靜摩擦力的方向沿桌面斜向下.
(3)受靜摩擦力作用,靜摩擦力的方向豎直向上(瓶子處于豎直狀態(tài)).
(4)受滑動摩擦力作用,摩擦力的方向沿紙條相對瓶子的運動方向.
3.答案:35 N 30 N 0.3 20 N
設(shè)計點評
本節(jié)重點是理解動摩擦因數(shù)的意義和滑動摩擦力大小的計算和方向的判定.難點是對靜摩擦力的理解，尤其是靜摩擦力方向和大小的確定.教學(xué)中通過大量的實例，并借助受力分析等方法來突破.靜摩擦力是由于物體間具有相對運動趨勢而產(chǎn)生的，其方向與相對運動趨勢相反.如何判定靜摩擦力的方向?通過假設(shè)物體間不存在摩擦力，那么在其他力的作用下物體將往什么方向運動去思考確定.教學(xué)時特別注意了對于靜摩擦力大小與所受外力及所處運動狀態(tài)的關(guān)系.設(shè)計中基本遵循問題—理論—問題的模式進(jìn)行.
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