高中物理鲁科版必修1第3节 摩擦力优质教案设计

教学设计

第3节 摩擦力

第1课时

整体设计

    本节课我们来从下面三个方面谈一谈教学的构思.

一、教材分析

    本节教材的地位和作用:本节教材中摩擦力的测量涉及到二力平衡知识的具体应用，“增大和减小摩擦的方法”是摩擦力在日常生活和工农业生产中的具体应用.通过学习本节教材的知识，提高了学生利用知识解决实际问题的能力，因此这一节课无论在知识学习上还是培养学生的能力上都有着十分重要的作用.

二、教法和学法

    施教之功，贵在引导，重在转化，妙在开窍.引导、转化作用就是教师的主导作用，不能简单地把“启发式教学”看作是一种教学方法，而是要运用启发式教学的思想去指导教学.本着教学有法，但无定法，贵在得法的原则，本节课我打算采用以教师引导、学生探究和实验为主的启发式教学方法.

三、教学程序的设计

    依据本节教材编排的顺序，依据学生的认识规律，我设计了下面的教学程序和相应的具体操作：

教学重点

1.滑动摩擦力产生的条件及规律，并会用f=μN解决具体问题.

2.静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念.

教学难点

1.正压力N的确定.

2.静摩擦力的有无、大小的判定.

3.摩擦产生的原因和滑动摩擦力的方向.教材对滚动摩擦没有单独讲述，而是作为减小摩擦的方法来讲的.

课时安排

1课时

三维目标

知识与技能

1.描述滑动摩擦力、静摩擦力、最大静摩擦力的定义，能区分滑动摩擦力、静摩擦力、最大静摩擦力.

2.了解动摩擦因数、最大静摩擦因数的含义，能区分动摩擦因数、最大静摩擦因数.

3.会计算滑动摩擦力的大小.

过程与方法

1.学生通过设计实验，并使用控制变量法对影响滑动摩擦力和静摩擦力大小的因素进行实验探究.

2.培养学生的逻辑思维能力、利用知识解决实际问题的能力.

情感态度与价值观

1.体验实验探究的乐趣，通过探究活动既能学会表达自己又能倾听别人.

通过实验的设计、数据的整理过程，养成实事求是的科学态度.

2.体验知识来源于实践而又作用于实践的辩证关系.

教具准备

    器材：木块、弹簧秤、木板、毛巾、纸、钢板、砂纸、水等.

教学过程

导入新课

1.你听说过摩擦力吗?摩擦力出现在哪些地方?试着将之写出来.

摩擦力其实是无所不在的!

2.粉笔在黑板上可以写出清晰的字来,在玻璃上写得出清晰的字来吗?试试看.

(1)比较这些字的异同,并想想造成异同的原因.

(2)想想若在外面的柏油路面上以粉笔写字又会有何不同?为什么？

3.今天上课之前，我带了几个小玻璃球准备和同学们一起进行科学研究.但在来学校的路上，小玻璃球变脏了.老师把它们洗干净了.现在，请两个同学把玻璃球夹起来.（请两个同学上台２０ s夹球）

提出问题：玻璃球为什么不好夹？

你认为摩擦力是一种什么样的力？

学生用自己的语言叙述摩擦力.

推进新课

一、摩擦力

    创设情境：

    请学生做个小实验：要求学生用逐渐增大的水平力推在教室中放置的桌子，直到推动一段距离.(学生活动:学生按老师要求推桌子，并感受推力的大小变化)(设计意图:让学生体会并分析出桌子受到推力和摩擦力的作用，使学生产生对静摩擦力和滑动摩擦力的感性认识)

    提出问题：为什么用力推桌子而桌子不一定运动？为什么想让桌子继续运动还要继续推？(学生活动:思考教师提出的问题并提出自己的解释)

    （小结）

    初步引出滑动摩擦力和静摩擦力的概念.

二、滑动摩擦力

    （提出要求）利用已有实验仪器设计实验定量研究影响滑动摩擦力大小的因素.（设计意图：使学生意识到应采用控制变量法进行多变量的研究；使学生体会摩擦力的大小的影响因素）

1.引导学生进行实验原理的探究.(学生活动:思考并交流讨论得出利用二力平衡定量测量滑动摩擦力的大小)

2.引导学生进行实验方法的探究(学生活动:思考并交流讨论得出控制变量法).

3.组织学生利用已有器材进行实验探究(学生活动:学生进行分组实验探究).

4.要求学生设计表格记录数据，并通过对数据的分析初步得出自己的结论.(学生活动:展示自己的数据，并对数据进行分析，最终定量得出压力与滑动摩擦力的关系，对动摩擦因数有定性的认识)（设计意图：培养学生对实验数据的分析处理能力）

    （小结）（设计意图：训练学生语言表达及逻辑推理能力）

    滑动摩擦力的计算公式f=μN.

    介绍动摩擦因数的物理意义及常见材料间的动摩擦因数.

［例题剖析1］（设计意图：训练学生利用物理概念和规律解决实际问题的能力）

    滑雪是北方地区人们喜爱的一种运动.有的地方人们用鹿拉滑雪板进行滑雪比赛.已知滑雪板与冰面间的动摩擦因数为0.02，滑雪板和人的总质量为180 kg.如果鹿拉着滑雪板做匀速直线运动，求鹿的拉力大小.

    解：由于滑雪板做匀速直线运动，可知鹿的拉力F与滑动摩擦力的大小相等，即F=f.同时，滑雪板与冰面的压力N与滑雪板和人的重力相等，即N=G.

    由滑动摩擦力公式，可求出鹿的拉力大小为

    F=f=μN=μmg=0.02×180×9.8 N=35.3 N.

三、静摩擦力

    （提出问题）根据所学知识及实验体会，提出滑动摩擦力的产生条件.(学生活动:学生交流总结后得出滑动摩擦力的产生条件)

    （提出问题）引导学生思考并交流讨论滑动摩擦力的计算公式能否计算静摩擦力的大小.(学生活动:学生交流讨论并得出结论）

1.静摩擦力的大小并不唯一，且不能用滑动摩擦力的公式计算；

2.静摩擦力与压力和接触面也有关系.

    （设计意图：训练学生语言表达及逻辑推理能力）

    提出最大静摩擦力的概念，并区分一般静摩擦力与最大静摩擦力.

    要求学生利用已有实验仪器设计实验，研究影响最大静摩擦力的因素（方法、步骤同上）.

    （学生活动:学生进行实验探究，记录并分析整理实验数据，得出结论：最大静摩擦力与压力成正比；最大静摩擦因数与接触面性质有关；落实滑动摩擦力计算公式，加深对动摩擦因数的理解）

    有益摩擦、有害摩擦

    增大有益摩擦：

1.增大物体表面的粗糙程度.如：鞋底、车轮胎、各种旋钮表面都有花纹;

2.增大压力.如：电动机的皮带拉得很紧，以便用增大压力来增大摩擦力，防止皮带打滑.

减小有害摩擦：

1.用滚动摩擦代替滑动摩擦：用滚动轴承代替滑动轴承;

2.减小表面粗糙程度：加润滑油.

［例题剖析2］（设计意图：训练学生利用物理概念和规律解决实际问题的能力）

    质量为2 kg的物体，静止在水平面上.物体与地面间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等,给物体一水平拉力.

（1）当拉力大小变为5 N时，地面对物体的摩擦力是多大？

（2）当拉力大小变为12 N时，地面对物体的摩擦力是多大？

（3）此后若将拉力又减小为5 N（物体仍在滑动），地面对物体的摩擦力是多大？

（4）若撤去拉力，在物体继续滑动的过程中，地面对物体的摩擦力是多大？（取g=10 N/kg）

解：（1）当拉力F=5 N时，F＜fmax,物体没有滑动，地面对物体的摩擦力为静摩擦力.f=F=5 N.

（2）当拉力F=12 N时，F＞fmax,物体滑动起来，地面对物体的摩擦力为滑动摩擦力.f=μN=μmg=0.5×2×10 N=10 N.

（3）当拉力又减小为5 N时，由于物体仍在地面上滑动，所以物体受到地面的摩擦力仍是滑动摩擦力，所以仍是10 N.

（4）当拉力撤去后，由于物体继续在地面上滑动，物体受到地面的摩擦力仍是滑动摩擦力，所以仍为10 N.

课堂小结

1.两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时，在接触面上产生一种阻碍物体间相对运动的力，叫摩擦力.

2.摩擦力的大小跟压力大小有关，跟物体的接触面的粗糙程度有关.

3.常用增大压力和使接触面更粗糙的方法增大有益摩擦.减小有害摩擦的方法有：使摩擦面光滑，用滚动代替滑动，使摩擦面脱离接触（加润滑油、气垫）这三种方法.

布置作业

观察自行车上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，你能想出哪些办法来增大或减小它们.

板书设计

1.摩擦力产生的条件

（1）接触面粗糙.

（2）在接触面上有垂直作用的正压力；

（3）有相对运动或者有相对运动趋势.

2.滑动摩擦力

（1）大小：f=μN

（2）方向：滑动摩擦力的方向总是与接触面相切，且与相对运动方向相反.

3.静摩擦力

（1）变力0＜F静≤Fmax

（2）方向：静摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反.

活动与探究

1.设计实验测量纸面间的动摩擦因数.

2.调查分析日常生活中调控摩擦力大小的实例.

3.科幻小论文——假如没有摩擦力,生活将变成……

（要求1 000字左右）

    例：小议摩擦力

    在人类生存繁衍的自然界，无处不存在着摩擦.那么，在我们的身边究竟有哪些常见的摩擦呢？

    当太阳重又点亮一个新的黎明时，你睁开双眼，此刻你的眼球和眼皮之间已经完成了今天的第一次摩擦而你却全然不知.接着，你撩开被子伸手去抓衣服，衣服被抓过来靠的是它与手之间的静摩擦.如果这个力消失了，即使你勉强将衣服揽在怀里，但鬼才知道你如何才能将它穿到身上，因为你根本抓不住衣襟，纽扣一个都甭想扣上，姑娘的裙带是永远系不住的.穿好衣服蹬上鞋子，你迈步走向洗漱间.这时，鞋子与地面及鞋子与脚之间都产生了较大的摩擦力，使你稳步前进.接下来牙刷又利用它与牙齿之间的滑动摩擦帮你除去牙垢.我们口腔中的牙齿根据功能可分成切牙、磨牙、尖牙等不同种类.其中磨牙的作用是磨碎食物，有人认为食物是被压碎的，这纯属错误，不信你可以做一个咀嚼动作体会一下.这使我们马上意识到一个正常的人用餐是离不开磨牙的，而磨牙的工作是离不开摩擦力的.

    完成上述事情之后，你可能去上学或去上班.当你骑上自行车时，你可曾知道，它的后轮是主动轮，所受地面的摩擦力是向前的，起动力作用；而其前轮则是从动轮，所受地面的摩擦力是向后的，起阻力作用.当你拐弯时千万要减速慢行，因为拐弯所需的向心力是由地面与车轮之间的摩擦力提供的.因为这种摩擦力是有限的（最大值叫最大静摩擦力），故车速也是有限的.如果地面上有冰雪，更要注意，因为这时摩擦力是很小的，弄不好会人仰车翻造成交通事故.如果你想刹车，千万不要误认为只有轧皮与车轮之间才有摩擦力，车轮与地面之间的摩擦力也起制动作用.

    如果你在机关、学校工作或学习，那么写字和画图是常用铅笔和圆珠笔的.用铅笔时，“铅”是靠纸将其磨掉而在纸上留下径迹的；圆珠笔笔端的“圆珠”只有受到纸的摩擦力才会转动，从而把油墨引出来，留下印迹.在特别光滑的纸面如油纸上是无法使用铅笔或圆珠笔的.

    如果你在工厂、仓库或码头上工作，那么传送带该是一件常用的工具了.正是传送带给了物体一个静摩擦力，才使物体随其所动，达到传送的目的，如果失去此力，就会只是皮带走，不见物体动，即原地打滑.

    你知道砂轮、砂纸、砂布都是做什么的吗？它们都是专门制造摩擦的.如果你做的是金属器件的抛光工作或油漆工作，你肯定离不开它们.

    如果你是车工，会发现车刀工作一段时间就变热了.这是因为车刀与工件之间产生了摩擦力，木工也会发现锯子或钻头工作一段时间变热的现象，这也是它们与木料之间产生了摩擦所致.

    劳累了一天，你可能打算痛痛快快地洗一个热水澡.当拿起搓澡巾时，你会想到为什么它的表面非常粗糙吗？它也是为了和你的皮肤产生一点不可忽视的摩擦啊！

    当你上床脱去毛衣时，会听到“噼啪”的轻响，有时还刺疼了你的皮肤.这是因为毛线之间摩擦产生了静电.接着，你将合上双眼酣然入梦，这样你的眼球与眼皮就完成了一天的最后一次摩擦.

    如此看来，摩擦无时不有，无所不在，它渗透在我们的衣、食、住、行、工作当中，离不开，甩不掉.它有时十分可爱，有时又相当讨厌.我们应当经常观察它、研究它，扬其所长，避其所短，很好地驾驭它.

习题详解

1.D 点拨：摩擦力是自然界中常见的力，是在两个相互接触的物体之间产生的一种阻碍相对运动的或阻碍相对运动趋势的力，摩擦力的产生条件为：（1）相互接触；（2）接触面粗糙；（3）有挤压作用；（4）有相对运动或相对运动趋势.故答案应选D项.

2.CD 点拨：集装箱没有动，说明人的推力总小于集装箱的最大静摩擦力，同时，人推集装箱时，集装箱所受的摩擦力与人的推力大小相等、方向相反，互相抵消.

3.B 点拨：F增大时，物体对墙的压力增大，则物体受墙的压力也增大.由于物体静止，摩擦力f的大小等于物体的重力，故摩擦力不变.B项正确.

4.根据摩擦力计算公式f=μN,有μ=0.5.

5.由于物体放在水平地面上，故正压力的大小等于重力，根据滑动摩擦力大小的计算公式有f=μN=0.1×200 N=20 N.

备课资料

一、可能问题及预案

（1）学生不能意识到联系摩擦力的作用——帮助学生回忆二力平衡的知识以找到摩擦力.

（2）没有控制变量的思想——引导学生进行实验方法的探究.

二、评价标准

（1）描述滑动摩擦力、静摩擦力、最大静摩擦力的定义，能区分滑动摩擦力、静摩擦力，最大静摩擦力;

（2）了解动摩擦因数、最大静摩擦因数的含义，能区分动摩擦因数、最大静摩擦因数；

（3）会计算滑动摩擦力的大小；

（4）积极参与实验设计，合作实验并交流讨论.

三、学法建议

本节重点是理解动摩擦因数的意义和滑动摩擦力大小的计算和方向的判定.难点是对静摩擦力的理解，尤其是静摩擦力方向和大小的确定.静摩擦力是由于物体间具有相对运动趋势而产生的，其方向与相对运动趋势方向相反.如何判定静摩擦力的方向？可通过假设物体间不存在摩擦力，那么在其他力的作用下物体将往什么方向运动去思考确定.学习时应特别注意对于静摩擦力大小与所受外力及所处运动状态的关系.

四、摩擦力知识点精析

（1）摩擦力一定是阻力吗？

摩擦力既可以是阻力，也可以是动力.摩擦力总是与物体的相对运动或相对运动趋势相反，其作用效果总是阻碍物体的相对运动，因此有的同学会以为摩擦力只能是阻碍物体运动的力，不可能成为物体运动状态改变的动力.其实不是这样，如人向前行走，脚有向后趴地的动作，所以脚所受的摩擦力是向前的，与人的运动方向一致，这是推动人体向前移动的动力；又如图4-3-1，A、B两物块分别以v1、v2的速度向右运动，当v1＜v2时，则A物块受到的摩擦力是与其运动向右的方向一致，是动力；若当v1＞v2时，则B物块受到的摩擦力与其向右的运动方向一致，摩擦力对B是动力.

图4-3-1

（2）静摩擦力的大小与正压力成正比吗？

    可以用图4-3-2所示的情况来研究静摩擦力的大小.假定图中水平力F由零逐渐增大到10 N时，物体才开始发生运动，显然，当F=0、1 N、2 N……8 N、9 N时，物体受到的静摩擦力的大小始终与F的大小对应相等，可见静摩擦力的大小有如下特征：

图4-3-2

①静摩擦力的大小总与迫使物体发生相对运动的外力（或沿着接触面的分量）大小相等，且静摩擦力随此外力（或沿着接触面的分量）的增大而增大；

②静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦力.应注意不能机械地套用f=μN来求静摩擦力，例如上述例子中的物块对水平面的正压力并没有变化，而静摩擦力却有多个可能值.

［例题剖析］用水平推力F把重为G的黑板擦紧压在竖直的墙面上静止不动，不计手指与黑板擦之间的摩擦力，当把推力增加到2F时，黑板擦所受的摩擦力大小是原来的几倍？

    教师精讲

    黑板擦被压在墙上静止时，由于受到重力作用而有下落的趋势，墙壁对它作用的静摩擦力f方向竖直向上（如图4-3-3（b）所示）.根据二力平衡条件可知，f=G.推力增为原来的2倍后，黑板擦下落趋势并不增强，平衡时墙对它的静摩擦力仍等于重力，即墙壁的静摩擦力大小不变.有些学生常会根据f=μN，认为压力加倍，静摩擦力加倍，这是没有区分好静摩擦力和滑动摩擦力的概念，简单套用滑动摩擦力的计算公式所致.

图4-3-3

解答：墙壁的静摩擦力大小不变.

［例题剖析］如图4-3-4，在水平桌面上放一个重力为GA=20 N的木块，木块与桌面间的动摩擦因数μA=0.4，使这个木块沿桌面做匀速运动时的水平拉力F为多大？如果再在木块A上加一块重力为GB=10 N的木块B，B与A之间的动摩擦因数μB=0.2，那么当A、B两木块一起沿桌面匀速运动时，对A的水平拉力应为多大？此时B所受的摩擦力为多大？

图4-3-4

    教师精讲

    木块A单独沿水平面匀速滑动时对桌面的压力等于它的重力GA，其滑动摩擦力大小f=μAGA.根据二力平衡条件，对木块A的拉力F应等于它所受的滑动摩擦力f.在木块A上加上木块B后，A对桌面的压力应等于A、B两木块的重力，而桌面与木块A之间的动摩擦因数不变，即f=μAN′=μA(GA+GB).由于A、B两木块一起沿桌面做匀速运动，两者间没有相对滑动趋势，所以A、B之间无摩擦力.

    解答：f=μAN=μAGA=0.4×20 N=8 N

    f′=μAN=μA(GA+GB)=0.4×30 N=12 N

    A、B之间摩擦力为0.

五、课堂检测

1.两个物体接触面间的滑动摩擦力可以依赖于下面的哪些因素（    ）

A.两个物体表面间的正压力

B.两个物体表面间的相对速度

C.两个物体表面间的动摩擦因数

D.两个物体接触面积的大小

答案:AC

2.下述关于静摩擦力的说法正确的是（    ）

A.静摩擦力的方向总是与物体运动方向相反

B.静摩擦力的大小与物体的正压力成正比

C.静摩擦力只能在物体静止时产生

D.静摩擦力的方向与接触物体相对运动的趋势相反

答案:D

3.重100 N的物体，静止在粗糙水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2.当物体受到一个大小为10 N.方向水平向右的力作用时，水平面对物体的摩擦力大小和方向是…（    ）

A.0 N，水平向左                           B.10 N，水平向左

C.20 N，水平向左                          D.20 N，水平向右

答案:B

4.如图4-3-5所示，两个相同的立方体A、B，叠放在水平桌面上，今以水平力F拉B而两个立方体均保持静止，则针对此情况以下说法中正确的是（    ）

图4-3-5

A.A、B间不存在摩擦力作用

B.A、B间有静摩擦力作用

C.B与桌面间有静摩擦力作用

D.若撤去外力F后，则A与B、B与桌面间都没有摩擦力

答案:ACD

5.如图4-3-6所示，用力F把铁块紧压在竖直墙上不动，那么，当F增大时（设铁块对墙的压力为N，物体受墙的摩擦力为f），下列说法正确的是 …（    ）

图4-3-6

A.N增大，f不变                           B.N增大，f增大

C.N变小，f不变                           D.关于N和f的变化，以上说法都不正确

答案:A

6.如图4-3-7所示，斜面上放一物体A，并能在斜面上保持静止，如果在物体A的水平上表面再加一重物，下面说法中正确的是（    ）

图4-3-7

A.物体A将开始下滑                          B.物体A仍保持静止

C.物体A所受的合力增大                      D.物体A所受的摩擦力增大

答案:BD

7.如图4-3-8所示，物体A静止在倾角为α的斜面上，当给物体A施加一水平推力F时，物体仍然静止，下面说法正确的是（    ）

图4-3-8

A.物体所受合力一定变大                      B.物体所受静摩擦力一定变大

C.物体所受静摩擦力一定变小                  D.以上说法都不正确

答案:D

8.如图4-3-9所示，在μ=0.1的水平面上向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为10 N的拉力作用，则物体受到的滑动摩擦力为（g取10 m/s2）（    ）

图4-3-9

A.10 N，向右                              B.10 N，向左

C.20 N，向右                              D.20 N，向左

答案:D