人教課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版-必修一-第三章 相互作用-3. 摩擦力 市賽一等獎

摩擦力一、課標(biāo)要求（一）知識與技能1.知道滑動摩擦力概念及產(chǎn)生條件，會判斷滑動摩擦力的方向。2.知道滑動摩擦力概念及產(chǎn)生條件，知道滑動摩擦力的大小跟什么有關(guān)，知道滑動摩擦力跟壓力成正比。3.知道靜摩擦力概念及產(chǎn)生條件，會判斷靜摩擦力的方向，知道最大靜摩擦力的概念。4.了解滾動摩擦力。（二）過程與方法1.培養(yǎng)學(xué)生利用物理語言分析，描述摩擦力概念和規(guī)律的能力。2.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1.利用實(shí)驗(yàn)和生活實(shí)例激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。2.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐——認(rèn)識（規(guī)律）——實(shí)踐（解決實(shí)際問題）的思想。二、教學(xué)重點(diǎn)1.滑動摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律，并會用F=μFN解決具體問題。2.靜摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律，正確理解最大靜摩擦力的概念。三、教學(xué)難點(diǎn)靜摩擦力有無、大小的判定。四、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究法。五、教學(xué)過程（一）新課引入引入一：教師活動：指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)摩擦力概念。學(xué)生活動：將手放在桌面上，由靜止開始向前移動，體會手受到的阻力，建立摩擦力概念。引入二：錄像：在黑暗的夜空中飛過發(fā)出耀眼光芒的流星。問題一：為什么流星會發(fā)出耀眼光芒？生A：因?yàn)榱餍窃诖髿庵懈咚龠\(yùn)動要受到摩擦力作用，而摩擦生熱使流星發(fā)光。問題二：舉出生活中碰到的摩擦力？學(xué)生舉出很多摩擦力，根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的不同機(jī)理，由學(xué)生將摩擦力分成滑動摩擦、滾動摩擦和靜摩擦不同類型。從而引入本節(jié)的課題——滑動摩擦力。分析：流星是一種常見的自然現(xiàn)象，學(xué)生熟知，但很少有人去注意它為什么會發(fā)光，所以提出問題，引起思維的撞擊，激發(fā)學(xué)生求知欲，引導(dǎo)學(xué)生主動去探究。引入三：力學(xué)中常見的三種力是重力、彈力、摩擦力。對于每一種力我們都要掌握它產(chǎn)生的條件，會計(jì)算力的大小，能判斷力的方向。在前面我們已經(jīng)學(xué)過了兩種力：重力和彈力。今天我們學(xué)習(xí)第三種力——摩擦力。在這三種力中摩擦力較難掌握。（二）新課講解1.對“靜摩擦力”的學(xué)習(xí)講解一：教師活動：指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，提出問題：為什么彈簧秤有讀數(shù)？得出靜摩擦力概念。提出問題：什么情況下產(chǎn)生靜摩擦力？讓學(xué)生思考討論。讓學(xué)生重復(fù)剛才實(shí)驗(yàn)，注意觀察彈簧秤讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題，得出最大靜摩擦力概念和靜摩擦力范圍。（0<F≤Fmax）學(xué)生活動：將木塊置于水平桌面上，用細(xì)線連接木塊和彈簧秤，用力水平拉彈簧秤，不要使木塊移動，并讀數(shù)?；卮饐栴}：桌面對木塊有阻力作用。思考討論靜摩擦力產(chǎn)生的條件：接觸，彈性形變，相對運(yùn)動趨勢。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，慢慢拉動木塊，注意觀察彈簧秤讀數(shù)（木塊剛開始移動時讀數(shù)最大）。教師活動：給學(xué)生出示課堂練習(xí)：（1）如圖所示，各接觸面光滑，墻壁對小球有無靜摩擦力（2）如圖所示，人用力推木箱，但沒有推動，地面對木箱有無摩擦力？學(xué)生活動：完成練習(xí)。教師活動：指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)和分析皮帶傳送問題，總結(jié)出靜摩擦力的方向。學(xué)生活動：將毛刷放置于水平桌面上，用手按住向前推（不要移動），觀察毛的變化（彎曲），回答老師問題（摩擦力方向與運(yùn)動方向相反）。觀察皮帶傳送問題，判定物體所受摩擦力的方向。總結(jié)：與相對運(yùn)動趨勢方向相反。講解二：演示實(shí)驗(yàn)：當(dāng)定滑輪的繩子下端是掛50g砝碼時，物塊保持靜止?fàn)顟B(tài)。提出問題：物塊靜止，它受板的靜摩擦力多大？方向如何？你是根據(jù)什么原理判斷的？當(dāng)懸掛的砝碼增加到100g時，物塊仍保持靜止?fàn)顟B(tài)。提出問題：物塊此時所受的靜摩擦力的大小、方向如何變化？設(shè)想一下，如果將砝碼B摘去，靜摩擦力又將如何變化？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上歸納出：一般靜摩擦力的大小沒有一個確定的值，類似上述情況，當(dāng)物塊不動處于平衡狀態(tài)時，靜摩擦力的大小隨拉力大小的變化而變化，總是等于拉力的大小。靜摩擦力的方向，總是沿接觸面切線方向；跟拉力的方向相反，或者說跟物體間相對滑動趨勢方向相反。提出問題：當(dāng)懸掛在繩子下端的磚碼為150g時，物塊才剛開始相對于桌面板滑動，這時物塊所受的靜摩擦力叫什么？它的大小和方向呢？教師講解：靜摩擦力增大到某數(shù)值后就不再增大了，這時靜摩擦力達(dá)到最大值，叫做最大靜摩擦力，用Fmax表示。最大靜摩擦力的方向，也總是沿接觸面切線方向，跟使物體起動的外力方向相反，或者說跟物體間相對運(yùn)動趨勢相反。明確：在一般情況下，如果兩個相接觸的物體之間存在著靜摩擦力的作用，則并不一定處于最大靜摩擦狀態(tài)，最大靜摩擦力等于使物體將要開始運(yùn)動所需的最小推力。講解三：演示實(shí)驗(yàn)：用不大的力通過測力計(jì)水平拉靜止在桌面上的木塊，木塊雖有相對運(yùn)動趨勢，但仍靜止，讀出測力計(jì)讀數(shù)，分析木塊水平方向上受幾個力？由二力平衡可知，木塊除受到拉力以外，還受到了與拉力等大反向的作用力，這個力是桌面對木塊的靜摩擦力，所謂“靜”，是指木塊相對于桌面靜止。繼續(xù)增大拉力，木塊仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，說明靜摩擦力隨外力的增大而增大。1．產(chǎn)生：靜摩擦力產(chǎn)生于相互接觸的物體且有相對運(yùn)動趨勢而保持相對靜止的接觸面之間。2．方向：靜摩擦力的方向總是跟接觸面相切，并且跟物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反。木塊相對于桌面有向右運(yùn)動的趨勢，木塊受到的靜摩擦力方向向左，即與物體相對于桌面向右運(yùn)動趨勢的方向相反。3．大?。红o摩擦力總等于沿接觸面方向物體受到的外力，而與壓力無關(guān)。在上面的實(shí)驗(yàn)中，增大拉力，發(fā)現(xiàn)木塊靜止到一定的時候就由“靜”變?yōu)椤皠印绷?。說明靜摩擦力有一個限度，靜摩擦力的最大值Fmax叫做最大靜摩擦力，最大靜摩擦力等于使物體剛要運(yùn)動時的外力，因此，靜摩擦力F的值為0＜F≤Fmax。2.對“滑動摩擦力”的學(xué)習(xí)講解一：教師活動：讓學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)，提問學(xué)生：木塊移動時彈簧秤有無讀數(shù)，得到滑動摩擦力概念。提問學(xué)生：滑動摩擦力的大小與什么有關(guān)？讓學(xué)生討論回答。用實(shí)驗(yàn)探究滑動摩擦力與壓力的關(guān)系（控制實(shí)驗(yàn)條件：接觸面不變）一塊二塊三塊木塊與桌面間壓力彈簧秤讀數(shù)得到：F∝FN，F(xiàn)=μFN。讓學(xué)生再次實(shí)驗(yàn)：討論滑動摩擦力與接觸面的關(guān)系。（控制實(shí)驗(yàn)條件：壓力不變）講解：動摩擦因數(shù)μ，大小與材料和接觸面的粗糙程度有關(guān)。學(xué)生活動：重復(fù)彈簧拉木塊的實(shí)驗(yàn)，在木塊勻速運(yùn)動的條件下，觀察彈簧秤的讀數(shù)。討論滑動摩擦力與什么有關(guān)。（壓力和接觸面的粗糙程度）（l）用彈簧秤分別拉一個、兩個、三個木塊（疊放），將每次的讀數(shù)填在設(shè)計(jì)的表格中，分析比較：摩擦力與壓力的關(guān)系。（成正比）（2）分別在桌面，玻璃板和毛巾上用彈簧秤拉動木塊，觀察記錄彈簧秤讀數(shù)。（接觸面粗糙的摩擦力大）（3）在光滑桌面上和粗糙木板上分別拉動同一木塊，并讀數(shù)。教師活動：讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，總結(jié)滑動摩擦力方向。學(xué)生活動：將毛刷放在桌面上，用力水平拉動，觀察毛變彎的方向。總結(jié)滑動摩擦力的方向，并將靜摩擦力和滑動摩擦力方向合起來總結(jié)。教師活動：指導(dǎo)學(xué)生完成課本中的例題。學(xué)生活動：完成訓(xùn)練。教師活動：提問學(xué)生：在我們身邊有哪些地方在增大摩擦力？哪些地方在減小摩擦？學(xué)生活動：思考回答。教師活動：指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本“流體的阻力”。學(xué)生活動：閱讀“流體的阻力”。教師活動：出示課堂練習(xí)。學(xué)生活動：完成練習(xí)。講解二：探究一：滑動摩擦力產(chǎn)生條件及方向由老師指導(dǎo)學(xué)生做如下實(shí)驗(yàn)或由師生共同做如下實(shí)驗(yàn)：①小木塊從傾斜的木板上滑下后在水平方向上運(yùn)動一段距離后靜止。②將一紙條夾入書中向外拉。③將手平放在桌面上移動。做完這個小實(shí)驗(yàn)后，多媒體屏幕逐一顯示以下四個問題叫學(xué)生思考：問題一：以上實(shí)驗(yàn)中，相互接觸的物體間產(chǎn)生了摩擦力，這幾種現(xiàn)象中產(chǎn)生的摩擦力有什么共同特點(diǎn)？學(xué)生通過互相討論及老師的引導(dǎo)得出滑動摩擦力的定義：當(dāng)一個物體在另一個物體表面上相對另一物體滑動時，受到另一個物體阻礙它相對滑動的力，這種力叫滑動摩擦力。問題二：通過以上實(shí)驗(yàn)，結(jié)合滑動摩擦力定義總結(jié)歸納出產(chǎn)生滑動摩擦力的條件。生B：兩個物體要相互接觸，還要有相對運(yùn)動。生C：兩個接觸面還要不光滑。學(xué)生通過互相討論總結(jié)得出滑動摩擦力產(chǎn)生條件：相互接觸的兩非光滑物體有相對運(yùn)動。問題三：滑動摩擦力方向如何判斷？學(xué)生再重做上述實(shí)驗(yàn)并相互討論。生D：滑動摩擦力是阻礙物體相對運(yùn)動，所以滑動摩擦力的方向總跟接觸面相切，跟物體的相對運(yùn)動的方向相反。問題四：滑動摩擦力方向跟物體的相對運(yùn)動方向相反，把“相對”兩字去掉可以嗎？試舉例說明。生E：不可以，去掉“相對”兩字，滑動摩擦力方向就是跟物體的運(yùn)動方向相反，這樣應(yīng)該是錯的。如用力F把放在木板上的木塊水平向右拉動，但木板不動，這時木塊水平向右運(yùn)動，木塊相對木板也水平向右運(yùn)動，所以木塊受到的滑動摩擦力方向水平向左。根據(jù)作用力和反作用力可知，現(xiàn)木板受到的滑動摩擦力方向是水平向右，但木板處于靜止，所以說去掉“相對”兩字是不行的。當(dāng)然現(xiàn)在木板相對木塊是向左運(yùn)動的，所以受到滑動摩擦力方向是水平向右。生F：又如把一個木塊剛放在水平向右勻速運(yùn)動的傳送帶上時，木塊也會向右運(yùn)動，通過受力分析可知木塊在水平方向除了摩擦力外沒有其它力，可見摩擦力方向也向右，跟木塊運(yùn)動方向相同。但木塊相對傳送帶是向左運(yùn)動的，所以說跟木塊相對傳送帶的運(yùn)動方向相反。通過以上兩個同學(xué)的舉例再引導(dǎo)學(xué)生分析得出“相對”是指相對接觸的物體，而不能相對別的物體。分析：學(xué)生通過觀察和體驗(yàn)，可以得到：滑動摩擦力總是阻礙物體相對運(yùn)動。再由師生共同討論滑動摩擦力產(chǎn)生條件及方向。探究二：影響滑動摩擦力的因素（1）提出問題：滑動摩擦力的大小跟哪些因數(shù)有關(guān)呢？小組內(nèi)可以相互討論。（2）猜想與假設(shè)：學(xué)生根據(jù)已有的科學(xué)知識、經(jīng)驗(yàn)、通過思考相互討論，派代表發(fā)言，做出猜想。有的同學(xué)認(rèn)為滑動摩擦力大小可能與物體運(yùn)動的快慢有關(guān)；有的同學(xué)認(rèn)為可能與物體接觸面積的大小有關(guān)；有的同學(xué)認(rèn)為可能與物體接觸面的性質(zhì)有（如粗糙程度、材料）有關(guān)；有的同學(xué)認(rèn)為可能與物體的壓力大小有關(guān)。（3）制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過討論制定計(jì)劃并確定實(shí)驗(yàn)方法——控制變量法，并依據(jù)此絕大多數(shù)同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：將長木板放在水平桌面上，把小木塊放在長木板上，用彈簧秤水平拉小木塊做勻速直線運(yùn)動，根據(jù)兩力平衡知滑動摩擦力大小等于彈簧秤的讀數(shù)。有小部分同學(xué)先把彈簧秤一端與小木塊相連并把另一端水平固定，再把木板放在木塊下面水平拉出，根據(jù)兩力平衡知摩擦力大小等于彈簧秤讀數(shù)。（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)：每4人為一組操作實(shí)驗(yàn)、合作學(xué)習(xí)、自主探究。（以下實(shí)驗(yàn)過程由學(xué)生完成，教師巡視教室，參與指導(dǎo)）。①在接觸面積、接觸面性質(zhì)、接觸面間的壓力一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與物體運(yùn)動速度的關(guān)系：物體勻速運(yùn)動速度摩擦力F/N結(jié)論快滑動摩擦力與物體運(yùn)動速度無關(guān)中慢②在物體運(yùn)動速度、接觸面性質(zhì)、接觸面間的壓力一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與接觸面積關(guān)系：木塊放置（接觸面積）摩擦力F/N結(jié)論平放（8cm×10cm）滑動摩擦力與接觸面積無關(guān)側(cè)放（5cm×8cm）立放(5cm×10cm)③在物體接觸面積、物體運(yùn)動速度、接觸面性質(zhì)一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與接觸面間的壓力關(guān)系：接觸面間壓力FN/N（加鉤碼數(shù)）摩擦力F/N結(jié)論（只有小木塊無鉤碼）滑動摩擦力跟接觸面間的壓力成正比（小木塊上加2個鉤碼）（小木塊上加4個鉤碼）④在物體接觸面積、物體運(yùn)動速度、接觸面間壓力一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與接觸面間性質(zhì)（如材料、接觸面粗糙程度）關(guān)系：接觸面性質(zhì)摩擦力F/N結(jié)論木塊——較光滑木板滑動摩擦力跟接觸面性質(zhì)有關(guān)木塊——較粗糙木板木塊——玻璃（5）分析與論證：每個小組對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，嘗試根據(jù)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。問題五：通過上述實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們能得出什么規(guī)律？生G：總結(jié)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以得出：滑動摩擦力與壓力成正比。師生共同討論得出公式：F=μFN，F(xiàn)為滑動摩擦力，F(xiàn)N為壓力（對物體表面的垂直作用力），μ為動摩擦因數(shù)。問題六：動摩擦因數(shù)μ與什么有關(guān)？生H：通過實(shí)驗(yàn)④可知動摩擦因數(shù)μ的數(shù)值與相互接觸的材料、接觸面的粗糙程度有關(guān)。（6）評估：要求學(xué)生把在探究活動中發(fā)現(xiàn)新的問題反饋（如學(xué)生在拉木塊時不是勻速運(yùn)動，彈簧秤的讀數(shù)難讀），并能吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改進(jìn)探究方案或采取其它措施（如多次測量取平均值減小誤差）。講解三：（1）產(chǎn)生：觀察上面的現(xiàn)象可知：毛刷與桌面接觸，并且相對于桌面滑動，而桌面由于粗糙，在接觸面處產(chǎn)生了一個作用于毛刷上的阻礙其相對于桌面運(yùn)動的滑動摩擦力。兩個互相接觸的物體，當(dāng)一個物體在另一個物體表面上相對于另一個物體滑動時，要受到另一個物體阻礙它相對滑動的力，這種力叫做滑動摩擦力。（2）方向：毛刷的鬃毛向著相對于地面運(yùn)動的反方向傾斜，說明毛刷受到的摩擦力跟毛刷相對于地面運(yùn)動的方向相反。如圖中F2所示。滑動摩擦力的方向總跟接觸面相切，并且跟物體的相對運(yùn)動的方向相反，這里的相對運(yùn)動是指相對于與之接觸的物體的運(yùn)動。如圖所示：（3）大小：實(shí)驗(yàn)：將木塊放在長方形木板上，用測力計(jì)水平勻速拉動木塊，再分別在木塊上放置不同的砝碼，仍分別勻速拉動木塊，記下每次測力計(jì)讀數(shù)及木塊與砝碼的總質(zhì)量，填入表中：12345重力G壓力FN摩擦力FF/FN結(jié)論：滑動摩擦力與壓力成正比，也就是跟一個物體對另一個物體表面的垂直作用力成正比。公式F=μFN，其中μ是比例常數(shù)，叫做動摩擦因數(shù)。必須指出，滑動摩擦力是與壓力成正比，而不是與物體的重力成正比，在上面的實(shí)驗(yàn)中壓力與重力大小相等只是特例，在很多情況下，壓力并不等于重力，例如斜面上的物體，同時，滑動摩擦力的大小與接觸面積以及相對速度大小無關(guān)。將上述實(shí)驗(yàn)中的木板換成硬紙板，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)比例系數(shù)μ與前次不等