3 摩擦力

整體設計

　　摩擦力是力學中的三大性質(zhì)力之一，正確認識摩擦力對后面知識的學習有著至關重要的作用.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.教師在教學過程中要將學生在初中所學過的相關概念與本節(jié)內(nèi)容相結(jié)合，與生活中的實例相結(jié)合，逐步引導、循循善誘，對兩種摩擦力的大小和方向判定有個清晰的認識.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識靜摩擦力和滑動摩擦力大小變化情況，使學生的認識從感性到理性發(fā)生質(zhì)的變化.對于動摩擦因數(shù)的教學最好通過實驗讓學生探究得出.由于本節(jié)課的特點，在整個教學過程中要充分體現(xiàn)新課標的探究精神，讓學生多用所學知識揭示生活中的相關現(xiàn)象本質(zhì).

教學重點

　　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

　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.學生通過設計實驗，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行實驗探究.

　　2.培養(yǎng)學生的邏輯思維能力,培養(yǎng)學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)學生科學的思想方法.

　　課前準備

　　教具準備:木塊、彈簧秤、木板、毛巾、紙、鋼板、砂紙、水等.

　　知識準備:搜集有關的摩擦力信息.

　　教學過程

　　導入新課

　　活動導入

　　準備兩只碗，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.然后讓兩位同學分別說出自己的感想,從而引出摩擦力的問題.

　　情景導入

　　(課件展示)播放運動員滑雪的錄像,如圖3-3-1,讓學生說出滑雪要求的環(huán)境條件，然后導

　　出摩擦力的概念.

　　圖3-3-1

　問題導入

　　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？你認為摩擦力是一種什么樣的力？

　　讓學生用自己的語言敘述摩擦力.

推進新課

　　學生在初中階段已經(jīng)學習過摩擦力，通過直接提問使學生回憶并敘述摩擦力的概念.

　　概念：兩個相互接觸的物體，當它們發(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.

　　請學生做個小實驗：要求學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.(設計意圖:讓學生體會并分析出桌子受到推力和摩擦力的作用，使學生產(chǎn)生對靜摩擦力和滑動摩擦力的感性認識)

　　學生活動:學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識.

　　一、靜摩擦力

　　由用力推桌子而不動，師生討論引導出靜摩擦力的概念：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小？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，它可以隨指針移動，并作為指針到達最大位置的標志.在剛才實驗的基礎上繼續(xù)用力，當拉力達到一定的值時木塊開始移動，此時拉力會突然變小.要求學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呢？（教師提出問題，由學生自主設計實驗驗證最大靜摩擦力大小的決定因素）

　　學生活動:學生設計實驗并探究，整理分析實驗數(shù)據(jù).

參考設計：

　　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小；保持壓力不變，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系.

　　活動:學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系.

　　引導學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

　　課堂訓練（課件展示）

　　1.有關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，而與物體的運動狀態(tài)及所受其他力的情況有關，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，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.（可以通過復習回憶得出，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計實驗，定量研究影響滑動摩擦力大小的因素.（設計意圖：使學生意識到應采用控制變量法進行多變量的研究；使學生體會摩擦力的大小的影響因素）

　　1.引導學生進行實驗原理的探究.

　　(學生活動: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.引導學生進行實驗方法的探究

　　(學生活動:思考并交流討論得出控制變量法)

　　3.組織學生利用已有器材進行實驗探究

　　(學生活動:學生進行分組實驗探究)

　　4.要求學生設計表格記錄數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的分析初步得出自己的結(jié)論.

　　(學生活動:展示自己的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析，最終定量得出壓力與滑動摩擦力的關系，對動摩擦因數(shù)有定性的認識)（設計意圖：培養(yǎng)學生實驗數(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.（設計意圖：訓練學生語言表達及邏輯推理能力）

　　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