高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 摩擦力教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 摩擦力教学设计，共10页。教案主要包含了新课引入，新课教学等内容，欢迎下载使用。

课时安排：1
课标要求：认识摩擦力，知道滑动摩擦现象，能用动摩擦因素计算滑动摩擦力的大小。
三维目标
知识与技能：①认识滑动摩擦力及其产生条件，会判断其方向；
②知道滑动摩擦力与哪些因素有关，寻找其中规律并导出滑动摩擦力的公式；
③能运用滑动摩擦力公式来计算滑动摩擦力
过程与方法：①通过与实际的联系，理解摩擦现象存在普遍性；
②通过探究实验，掌握控制变量的研究方法，发现滑动摩擦力的大小与压力成正比的关系；能用动摩擦因素计算摩擦力。
情感、态度与价值观：①培养较强的科学探究能力和敢于创新的探索精神；
②培养观察、分析、归纳和推理能力；
③认识到物理与生活的联系，能说明生活中应用摩擦力的实例，发展观察能力。
教学重点：滑动摩擦力方向确定的规律和大小计算的规律，以及规律得出的过程。
教学难点：使学生正确理解“滑动摩擦力总是阻碍相对运动”的含义，纠正学生关于滑动摩擦力的错误前概念。
教学辅助手段：刷子、物块、弹簧测力计、板、重物、PPT
教学过程：
【新课引入】
播放视频：快速行驶的汽车进行刹车，车停下来了。
教师演示：给桌上的一本书一个初速度，最终书停下来了。
提问：为什么车和书最终都停下来了？
生：因为有摩擦
师：摩擦力是自然界常见的力，现在同学们来感受一下摩擦力的存在，让手在桌面上向前运动，感受到了什么？
生：感受到了阻碍
师：手在桌面上运动，手和桌面相互接触，手感受到了阻碍作用，这个阻碍作用就是桌面对手的摩擦力。摩擦力是在两个相互接触的物体之间的产生的一种阻碍相对运动的力。这就是摩擦力的定义。
师：根据摩擦力产生机理的不同，我们将其分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力等不同类型。
【新课教学】
一、定义
师：今天我们就先来学习一下滑动摩擦力。什么是滑动摩擦力呢？滑动摩擦力的定义是什么？滑动摩擦力是当两个物体彼此接触或挤压，并发生相对滑动时，在接触面上产生的一种阻碍相对滑动的力。
二、产生条件
那么滑动摩擦力的产生条件是什么？可以根据定义来回答。
生：接触、挤压、相对滑动。
师：很好。产生条件有接触并挤压，还有相对滑动。
那么，我们怎么判断物体发生了相对滑动？
两个物体，以其中的一个为参考系，若另外一个物体相对它的位置发生了变化，那么两物体就发生了相对运动。
请同学们再思考一下，如果同时满足了这两个条件，是否就有滑动摩擦力了？如果接触面是光滑的，会有滑动摩擦力吗？
生：不会。
师：很好。所以，滑动摩擦力的产生还有一个默认的条件：接触面粗糙。
所以，判断物体间是否存在滑动摩擦力，必须从滑动摩擦力产生的三个条件入手分析。
黑板擦能将黑板上的粉笔字擦掉，其实是摩擦力的功劳。擦黑板时，黑板擦上的毛须和粉尘之间有摩擦力，使毛须带走粉尘，所以黑板上的粉笔字就被擦掉了。
同学们思考一下，如果黑板擦与黑板恰好接触，然后让其自由滑下，在下滑的过程中，黑板擦有没有受到滑动摩擦力？
生：没有
师：为什么？
生：没有挤压
师（演示）：无挤压时，黑板擦自由下落黑板上的字不会擦掉，说明没有摩擦力。
同学们再思考一下，A、B两物体以相同的速率向同一方向运动，问：运动过程中A、B两物体间有没有滑动摩擦力？
生：没有
师：为什么？
生：没有相对滑动
师:很好,那我们来做一道题巩固一下。
下列说法正确的是（D）
两个相互接触的物体之间一定存在弹力
一个物体在另一个物体表面上发生相对运动，它们之间一定存在滑动摩擦力
两个物体之间如果有弹力，就一定有滑动摩擦力
两个物体之间如果有滑动摩擦力，就一定有弹力
师：A对不对？
生：不对
师：为什么？
生：没有挤压
师：很好，只是相互接触没有挤压的话，就没有形变，所以不存在弹力。那B呢？
生：不对，表面可能是光滑的
师：C呢？
生：不是，可能表面光滑，或没有发生相对滑动
师：很好，判断物体间是否存在滑动摩擦力，必须从滑动摩擦力产生的三个条件入手分析，三个条件缺一不可。那D呢？
生：对的
作用点
师：滑动摩擦力是力，力有三要素：大小、方向、作用点，那滑动摩擦力的作用点在哪？
我们可以从定义里看出来。在接触面上产生的一种阻碍相对滑动的力。说明滑动摩擦力的作用点在哪？
生：接触面上
师：比如物块在桌面上来回摩擦，最后物块会变薄，桌面会掉漆，可见摩擦力作用点在接触面上。
四、方向
师：用刷子刷自己的手背，同学们注意观察，在向右运动的过程中，刷毛形状发生了什么改变？
生：弯曲了
师：向什么方向弯曲？
生：向左弯曲
师：那从作用效果来看，刷子受到的滑动摩擦力方向往什么方向？
生：向左
师：那可以得出滑动摩擦力的方向和相对运动方向有什么规律？
生：滑动摩擦力方向和物体相对运动方向相反
师：很好，总结来说，滑动摩擦力方向与接触面相切，并且和物体相对运动方向相反。我们再来看一下，现在刷子不动，手向左运动，现在刷子受到的滑动摩擦力向哪个方向？
生：向左
师：从刷毛的弯曲方向可以判断出刷子受到的滑动摩擦力向左。但是，刷子不是不动吗，为什么会受到向左的滑动摩擦力？
我们要从相对运动这个词入手。我们要区分好相对运动和物体运动的区别。运动一般的参考系选择的是地面。比如车向东运动，没说参考系，实际上已经选完了，就是地面。而相对运动，不一定选择地面为参考系。两个物体的相对运动，选择其中的一个物体为参考系。研究摩擦力方向的时候，选择的参考系就是提供摩擦力的物体，看受力物体相对于施力物体的运动方向来判断。
运动：以地面为参考系
相对运动：以提供摩擦力的物体为参考系
师：研究刷子受到的滑动摩擦力方向，以什么为参考系？
生：手
师：很好，手是提供摩擦力的物体，所以以手为参考系，那刷子受到的滑动摩擦力方向怎么判断？
生：刷子相对于手向右运动，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以刷子受到向左的滑动摩擦力
师：很好，虽然刷子不动，但手向左运动，刷子相对于手向右运动，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以滑动摩擦力方向向左。从这个例子可以看出来，静止的物体也可以受到滑动摩擦力。
接下来我们来判断一下这些物体受到的滑动摩擦力方向。
V1 > V2
V1
V2
师：向右拉一放在地上的物块，物块受到的摩擦力方向如何？为什么？
生：向左，因为相对运动方向向右，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以向左。
师：放在地上的木板，上面放着物块，物块的右端用绳子连接着墙壁，给木板一向左的力，木板受到滑动摩擦力方向如何？
生：向右，因为木板的相对运动向左，滑动摩擦力方向向右
师：那物块受到的滑动摩擦力方向呢？为什么？
生：向左，因为木板对物块的滑动摩擦力和物块对木板的滑动摩擦力是一对相互作用力，大小相等方向相反，作用在同一条直线上。
师：很好，我们还有另一种判断方法。以物块为研究对象，物块静止，说明物块处于什么状态?
生：平衡状态
师：对物块进行受力分析，在竖直方向上受到重力、支持力，相互抵消。水平方向上受到绳子的拉力和木板对它的滑动摩擦力。拉力方向向右，物块处于平衡状态，根据二力平衡，滑动摩擦力方向与拉力方向相反，所以滑动摩擦力方向向左。
那如果我们把绳子去掉，情况会如何？
给木板一个向左的力，木板和物块都会向左运动，只是木板的运动速度大于物块。木板相对物块的相对运动方向如何？木板受到的滑动摩擦力方向如何？
生：向左，木板受到物块对它的滑动摩擦力方向向右。
师：物块相对木板的相对运动方向向右，所以物块受到的滑动摩擦力方向向左。而物块的运动方向也向左，那物块受到的滑动摩擦力是动力还是阻力？
生：动力
师：可见，滑动摩擦力可以是动力也可以是阻力。
大小
1、实验目的
师：刚刚我们学习了滑动摩擦力的定义、产生条件、作用点和方向。接下来我们来研究一下滑动摩擦力的大小。
师：我们的实验目的是研究滑动摩擦力的大小。
2、猜想与假设
师：同学们猜想一下滑动摩擦力大小可能与哪些因素有关？
生：与接触面的粗糙程度有关、与压力大小有关。
3、实验方法
师：物理上要用什么方法研究一个物理量和多个物理量的关系？
生：控制变量法
师：能不能具体说一下，如果要研究滑块和木板之间的滑动摩擦力与压力的关系，该怎么做？
生：保持接触面的粗糙程度不变，改变压力大小。
师：那怎么改变压力大小？
生：改变物块的质量
4、实验方案
师：我们现在来设计一个实验方案。
方案一：
师：我们这个实验要测滑动摩擦力，如何测量物块受到的滑动摩擦力？力用什么实验仪器来测量？
生：弹簧测力计
师：可是弹簧测力计测的是弹力，也就是拉力，不是滑动摩擦力。那我们该怎么做呢？怎么样才能测出滑动摩擦力？
生：让滑动摩擦力等于拉力
师：我们可以用最简单的方法，用弹簧测力计拉着物块运动，对物块进行受力分析，物块受到什么力？
生：重力、支持力、拉力、摩擦力
师：重力和支持力相互抵消。通过弹簧测力计示数，可以读出拉力大小。
师：那么问题来了，这个时候滑动摩擦力一定等于拉力吗？有没有前提条件？（提示：要怎么拉弹簧测力计？）
生：不一定，匀速运动的时候才是。
师：很好，所以我们要缓慢地拉动弹簧测力计，让它保持匀速运动。因为只有匀速运动时，水平方向才处于平衡状态，弹簧测力计的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，滑动摩擦力就等于弹簧测力计的示数。
那么，这个实验有什么不足的地方？
生：不能保证一定是匀速运动
师：很好，即使是匀速运动，弹簧测力计在运动，也不好读数。而且难以保持弹簧测力计水平。
方案二：
师：我们还可以把方案一改变一下，既然用弹簧测力计拉物块很难让物块保持匀速运动，那我们就让它静止不动。可是不动怎么有滑动摩擦力？
滑动摩擦力的产生条件之一是有相对滑动。同学们思考一下，我们可以用什么方法？
生：拉木板
师：很好，拉动木板，就算物块不动，木板和物块也有相对滑动，有滑动摩擦力。这就是我们的方案二，把弹簧测力计一端固定，另一端与物块连接，拉动物块下面的木板。
师：刚刚的方案木板要做匀速运动，那么，这个方案中，木板能不能随意地拉出来？
生：可以，只要物块保持静止，物块受到的拉力就等于滑动摩擦力。
师：很好，我们对物块进行受力分析，它受到重力、支持力、拉力、滑动摩擦力。
师：如果向右拉木板，滑动摩擦力往哪个方向？
生：向右
师：向右拉木板，物块相对木板向左运动，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以滑动摩擦力方向向右。
重力和支持力相互抵消，物块静止，处于平衡状态，摩擦力就等于拉力，可以通过弹簧测力计示数读出滑动摩擦力大小。
师：做这个实验要注意什么？
生:绳子和弹簧测力计要保持水平。
师：那么我们现在来设计实验表格。我们要研究滑动摩擦力与压力之间的关系，需要测滑动摩擦力和压力。因为时间关系，我们只测两组。
次数
1
2
压力N/N
A
B
滑动摩擦力(书）f1/N
C
D
师：（介绍实验仪器：板、弹簧测力计、重物）怎么用我们已有的仪器测量压力？
生：用弹簧测力计挂着物块，弹簧测力计读数就是压力大小。
师：那么现在我们就来进行实验
师：这组数据有什么规律？
生：接触面粗糙程度不变时，压力越大，滑动摩擦力越大。
师：那是不是成正比呢？
我们来看，C/A≈D/B≈常数k1，即f1/N=k1，说明，接触面粗糙程度不变时，滑动摩擦力与压力成正比。
我们今天由于时间关系只做了两组数据，要是时间够，我们可以做多组实验，记录多组数据作图，做出来的图是过原点的倾斜直线。说明，接触面粗糙程度不变时，滑动摩擦力与压力成正比。
师：如果要研究物块和木板之间的滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系，该怎么做？
生：保持压力不变，改变接触面的粗糙程度。
师：所以我们需要改变接触面粗糙程度，今天我们用的是一块板，它比书本粗糙。再用这块板重复刚刚的实验。
次数
1
2
压力N/N
A
B
滑动摩擦力(书）f1/N
C
D
滑动摩擦力(板）f2/N
E
F
师：从这几组数据有什么规律？（竖着看）
生：压力不变时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
师：很好，我们再来看，E/A≈F/B≈常数k2 ，即f2/N=k2
这个值与k1不一样，这是因为什么不一样引起的？
生：接触面的粗糙程度不一样
师：很好，接触面的粗糙程度是接触面的性质。常数也就是比例系数，我们给它取个名字叫动摩擦因数，用符号u来表示。
u值与接触面的材料及粗糙程度有关。
滑动摩擦力f=uN
u值也可以通过摩擦力和压力来计算，u=f/N ，但与f和N无关，只要材料一定，接触面的粗糙程度一定，u值就确定了。
u值是一个比例系数，没有单位，摩擦力的单位是N，压力的单位也是N，N和N消掉，所以u值没有单位。
5、实验结论
师:从刚刚的实验我们可以得出结论：滑动摩擦力的大小与压力成正比，还与接触面的性质有关。可以用一个式子表示：f=uN
师：现在我们来做一道练习题。
一个重G=500N的物体贴着地面滑动，已知物块和地面间的动摩擦因数为u=0.2，拉力F=100N，则物体所受地面的滑动摩擦力f的大小为多少？
师：先对物体进行受力分析，物体受到什么力？
生：重力、支持力、拉力、滑动摩擦力
师：滑动摩擦力f=uN ，u=0.2 ，压力N等于什么？
生：等于重力，为500N
师：很好，
同学们再思考一下，拉力F总是等于滑动摩擦力f吗？
生：不是
师：若拉力F等于滑动摩擦力f，物体做什么运动？
生：匀速直线运动
师：拉力F等于滑动摩擦力f，物体的加速度为0，做匀速直线运动。若拉力F不等于滑动摩擦力f，物体有一个加速度，做匀加速直线运动。
师：生活中正压力都是重力G吗？若不是滑动摩擦力怎么求？
如果物块处于以斜面上，对斜面的压力还等不等于重力呢？
生：不等于
师：请一位同学上来画物块的重力和对斜面的压力。
从图中可以看出来，重力不等于压力，滑动摩擦力
板书设计： 摩擦力
滑动摩擦力
定义：滑动摩擦力是当两个物体彼此接触或挤压，并发生相对滑动时，在接触面上产生的一种阻
碍相对滑动的力。
产生条件：①接触并挤压；②相对滑动；③接触面粗糙
作用点：在接触面上
方向：滑动摩擦力方向与接触面相切，并且和物体相对运动方向相反。
大小：
①实验目的：研究滑动摩擦力的大小
②猜想与假设：与接触面粗糙程度、压力有关
③实验方法：控制变量法
④实验方案
⑤实验结论：f=uN