3 摩擦力

整體設(shè)計(jì)

　　摩擦力是力學(xué)中的三大性質(zhì)力之一，正確認(rèn)識(shí)摩擦力對后面知識(shí)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(huì)計(jì)算滑動(dòng)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(shí)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(gè)清晰的認(rèn)識(shí).在探究過程中要充分利用初中二力平衡的知識(shí)，在物體從靜止到運(yùn)動(dòng)的過程中認(rèn)識(shí)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力大小變化情況，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)從感性到理性發(fā)生質(zhì)的變化.對于動(dòng)摩擦因數(shù)的教學(xué)最好通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生探究得出.由于本節(jié)課的特點(diǎn)，在整個(gè)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(shí)揭示生活中的相關(guān)現(xiàn)象本質(zhì).

教學(xué)重點(diǎn)

　　1.滑動(dòng)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(diǎn)

　　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(jì)算.

　　課時(shí)安排

　　3課時(shí)

　　三維目標(biāo)

　知識(shí)與技能

　　1.知道什么是靜摩擦力、最大靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力.

　　2.能計(jì)算靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力的大小并會(huì)判斷它們的方向.

　　過程與方法

　　1.學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并使用控制變量法對影響滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力大小的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)解決實(shí)際問題的能力.

　　情感態(tài)度與價(jià)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(shí)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(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(huì)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(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)或具有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)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(gè)小實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生用逐漸增大的水平力推動(dòng)在教室中放置的桌子，直到推動(dòng)一段距離.(設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生體會(huì)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(dòng)摩擦力的感性認(rèn)識(shí))

　　學(xué)生活動(dòng):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(yùn)動(dòng)？為什么想讓桌子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)還要繼續(xù)推？

　　初步引出對靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的感性認(rèn)識(shí).

　　一、靜摩擦力

　　由用力推桌子而不動(dòng)，師生討論引導(dǎo)出靜摩擦力的概念：兩個(gè)相互接觸的物體之間有相對運(yùn)動(dòng)趨勢而又保持相對靜止時(shí),在接觸面間所產(chǎn)生的阻礙相對運(yùn)動(dòng)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小？怎樣判斷靜摩擦力的方向？

　　【實(shí)驗(yàn)探究】 在水平桌面上放一木塊，用彈簧測力計(jì)沿水平方向用較小的力拉木塊但保持木塊不動(dòng)，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(shí)驗(yàn)如圖3-3-2：

　　圖3-3-2

　　實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yàn)：在彈簧測力計(jì)指針下輕塞一個(gè)小紙團(tuán)，它可以隨指針移動(dòng)，并作為指針到達(dá)最大位置的標(biāo)志.在剛才實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)用力，當(dāng)拉力達(dá)到一定的值時(shí)木塊開始移動(dòng)，此時(shí)拉力會(huì)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(gè)限度，這個(gè)限度就是最大靜摩擦力Fmax，其值等于物體剛剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力.兩物體間實(shí)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(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最大靜摩擦力大小的決定因素）

　　學(xué)生活動(dòng):學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并探究，整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

參考設(shè)計(jì)：

　　1.裝置如上面的實(shí)驗(yàn)，在木塊上面增加砝碼，驗(yàn)證在不同的壓力作用下的最大靜摩擦力的大小；保持壓力不變，分別在桌面上、棉布面上、毛巾面上驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證最大靜摩擦力和接觸面的粗糙程度的關(guān)系.

　　活動(dòng):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.

　　（課件展示）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(yùn)動(dòng)方向垂直 D.靜摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)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(cuò).靜摩擦力的大小與壓力無關(guān)，而與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及所受其他力的情況有關(guān)，故B錯(cuò).靜摩擦力的方向可與運(yùn)動(dòng)方向成任意角度，故C正確.靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)，但一定與相對運(yùn)動(dòng)方向相反，故D錯(cuò).

　　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(shí)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(shí)，物體重力不變，則靜摩擦力也不變.

　　答案：mg mg

　　二、滑動(dòng)摩擦力

　　概念：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)的時(shí)候，會(huì)受到另一個(gè)物體阻礙它滑動(dòng)的力，這種力叫做滑動(dòng)摩擦力.滑動(dòng)摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體的相對運(yùn)動(dòng)方向相反.（可以通過復(fù)習(xí)回憶得出，或者通過演示實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出，也可以直接給出）

　　（提出要求）利用教材演示實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，定量研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素.（設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生意識(shí)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(huì)摩擦力的大小的影響因素）

　　1.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的探究.

　　(學(xué)生活動(dòng):思考并交流討論得出利用二力平衡定量測量滑動(dòng)摩擦力的大小)

　　2.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法的探究

　　(學(xué)生活動(dòng):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(shí)驗(yàn)探究

　　(學(xué)生活動(dòng):學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究)

　　4.要求學(xué)生設(shè)計(jì)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(dòng):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(dòng)摩擦力的關(guān)系，對動(dòng)摩擦因數(shù)有定性的認(rèn)識(shí))（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力）

　　小結(jié)：滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式f=μN(yùn).（設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練學(xué)生語言表達(dá)及邏輯推理能力）

　　介紹動(dòng)摩擦因數(shù)的物理意義及常見材料間的動(dòng)摩擦因數(shù).

　　課件展示：

　　幾種材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)

　　材料 動(dòng)摩擦因數(shù) 材料 動(dòng)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(yùn)動(dòng).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(dòng)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(yùn)動(dòng)，求鹿的拉力大小.

　　解析：由于滑雪板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可知鹿的拉力F與滑動(dòng)摩擦力的大小相等，即F=f.同時(shí)，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(dòng)摩擦力公式，可求出鹿的拉力大小為

　　F=f=μN(yùn)=μMg=0.02×180×9.8 N=35.3 N.

　　答案:35.3 N