鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 摩擦力教案设计

这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 摩擦力教案设计，共8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：知道静摩擦现象。
三维目标
知识与技能：①认识静摩擦力及其产生条件，会判断其方向；
②通过实验探究静摩擦力的大小，知道最大静摩擦力的概念；
③知道增大和减小摩擦力的方法，并能在日常生活中应用这些知识。
过程与方法：①通过观察演示实验，概括出静摩擦力产生条件、定义及方向；
②通过探究实验，掌握控制变量的研究方法，知道静摩擦力的范围及最大值。
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，能在日常生活中应用摩擦力的知识。
教学重点：①静摩擦力方向的判断；
②静摩擦力产生的条件和静摩擦力大小。
教学难点：①静摩擦力有无和方向的判断；
②静摩擦力大小。
教学辅助手段：气球、玻璃杯、刷子、物块、砝码、弹簧测力计、木板、PPT
教学过程：
【新课引入】
实验演示：将气球放入玻璃杯内，向气球内充气，用气球将玻璃杯提起。
师：老师先来给大家做个趣味小实验。老师这有一个玻璃杯和一个气球，现在老师向气球内充气，神奇的事情发生了，气球可以将玻璃杯提起。同学们思考一下，将玻璃杯提起的神奇力量是什么？
我们对玻璃杯进行受力分析，玻璃杯受到了竖直向下的重力，但是它不会掉下，说明它还受到了气球对它的作用力。那这个力是什么力呢？
生：摩擦力
师:那这个力是不是我们上节课学过的滑动摩擦力？为什么？
生：不是，因为没有相对滑动。
师：很好，像这样产生于两个相对静止的物体间的摩擦力叫静摩擦力。
【新课教学】
产生条件
师：老师把气球内的气体放出，气球干瘪了，干瘪的气球还能不能把杯子提起来？
生：不能
师：充满气的气球和杯子之间有静摩擦力，能把杯子提起来，干瘪的气球不能把杯子提起来，说明什么？
生：没有静摩擦力
师：充满气的气球与杯子接触且存在挤压，当气球内的气体放出后，气球和杯子不接触且不存在相互挤压，气球不能把杯子提起来。说明产生静摩擦力的其中一个条件是什么？
生：静摩擦力的产生条件之一是两物体接触且存在挤压。
师：那依旧往气球里充气，但气球和杯子都放在讲台上，且相对讲台静止时，气球和杯子间有静摩擦力吗？
生：没有
师：那为什么当气球提起杯子时，气球和杯子间就产生了静摩擦力？这其实是由于当气球提起杯子时，杯子受到重力作用，会想向下运动，但是由于受到静摩擦力作用，不能向下运动，我们将其称为玻璃杯有相对气球向下运动的趋势。
相对运动趋势和相对运动不一样。相对运动是一个物体对于另一个物体运动了。相对运动趋势是很想动，但是动不了。静摩擦力的另一个产生条件是两物体存在相对运动趋势。
师：如果两物体接触面光滑，气球还可以把杯子提起来吗？
生：不可以
师：所以静摩擦力产生的第三个条件是两物体接触面粗糙。
定义
师：通过刚刚得出的静摩擦力的三个条件，我们可以概括出静摩擦力的定义：当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生相对滑动，但具有相对滑动的趋势时，接触面上会产生一种阻碍相对滑动趋势的力，这种力叫做静摩擦力。
师：那是不是只有静止的物体才会受到静摩擦力呢？
我们来回想一下，大家去超市乘坐自动扶梯的时候，我们是不是没有向上走？我们没有行走，却随着自动扶梯向上运动，说明扶梯给了我们一个力的作用，这个力就是静摩擦力。我们乘坐自动扶梯时，相对地面是向上运动的，但相对于扶梯是静止的。所以，我们所说的静摩擦力的静不是指完全的静止，而是相对静止。
作用点
师：静摩擦力是力，力的三要素是什么？
生：大小、方向、作用点
师：那静摩擦力的作用点在哪呢？我们可以从定义看出来，静摩擦力的作用点和滑动摩擦力一样在接触面上。
方向
师：那静摩擦力的方向会是怎样的呢？我们再来做一个小实验。老师这里有一个刷子，把它放在手上，接下来我们用力拉刷子，但是在拉的过程中，一定要保持下面这只手与毛刷的相对静止。因为这样毛刷与手之间产生的力才是静摩擦力。
那现在老师向右用力，同学们发现了什么？
生:刷毛弯曲了
师：刷毛为什么弯曲了？
生：受到了静摩擦力
师：刷毛往哪个方向弯曲？
生：左
师：说明刷毛受到的静摩擦力往哪个方向？
生：左
师：那刷毛对手的相对运动趋势方向是怎样的？
生：向右
师：很好，判断相对运动趋势方向，我们可以用假设法，假设接触面光滑，向右用力，刷毛会向右运动，说明接触面粗糙时，刷毛想向右运动，但是动不了，也就是说有向右运动的趋势。所以相对运动趋势方向向右。
师：那老师往左用力呢？刷毛往哪个方向弯曲？
生：右
师：说明了什么？
生：刷毛受到了向右的静摩擦力。
师：刷毛相对于手的运动趋势方向怎样？
生：向左
师：可以看出来，静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反。我们往某一方向用力，刷毛就会往相反方向弯曲，而刷毛弯曲，说明它受到了力的作用。这个力就是静摩擦力。弯曲方向就是静摩擦力方向。而我们对刷子的作用力的方向就是刷子对手的相对运动趋势的方向。所以我们可以得到，静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势方向相反。
师：接下来我们来判断一下以下物体受到的静摩擦力方向。
师：向右拉物块，有向右运动的趋势，受到的静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，所以物块受到的静摩擦力方向向左。
师：物块放在斜面上，先假设斜面光滑，那物块会怎么运动？
生：沿斜面向下运动
师：所以当斜面粗糙时，物块的相对运动趋势方向怎样？
生：向下
师:怎么向下？竖直向下还是沿斜面向下？
生：沿斜面向下
师：那物体的静摩擦力方向是怎样的？
生：沿斜面向上
五、大小
师：介绍了静摩擦力的作用点和方向，接下我们来研究静摩擦力的大小。
同学们思考一下，老师以1N的力推讲台，没推动，静摩擦力大小为多少？
生：1N
师:2N的力推呢？
生：静摩擦力为2N
师：3N的力推呢？
生：静摩擦力为3N
师：可以看出来，静摩擦力不是一个固定的值，而是可以外力的增大而逐渐地增大，那可以无限地增大吗？
生：不可以
师：比如老师推讲台的力很大，讲台就会被推动，这个时候还是静摩擦力吗？
生：不是，是滑动摩擦力
师：很好，静摩擦力可以随外力的增大可以逐渐增大，但是不能无限地增大，当外力达到某一个值时，静摩擦力抵抗不住外力了，物体就不能静止了。当这只是我们的推理，实验是检验真理的唯一标准，我们要通过做实验来验证。
研究静摩擦力的大小，肯定要测量静摩擦力大小。那静摩擦力的大小可以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拉力大小，而我们要测的是静摩擦力，那该怎么办呢?
我们可以让弹簧测力计拉物块，让物块处于静止状态，根据二力平衡，在水平方向上，拉力和静摩擦力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，所以可以根据弹簧测力计示数读出静摩擦力大小。
我们可以根据二力平衡的原理来设计实验方案。我们需要图中的实验仪器，首先我们需要一根立柱，弹簧测力计一端与立柱连接，另外一端连接着物块，物块下方有一个可移动的长木板。如果我们用力拉动可移动长木板，在物块相对于可移动长木板静止的前提下，物块和可移动长木板一起向右缓慢地移动，这种缓慢移动可以近似看成什么？
生：匀速运动
师：也就是说物块近似处于平衡状态。对物块进行受力分析，受到什么力？
生：重力、支持力、拉力、摩擦力
师：拉力方向如何？
生：向左
师：物块受到的静摩擦力向哪个方向？
生:右
师：为什么？
生：拉动可移动木板，虽然物块和可移动长木板相对静止，一起向右运动，但是可移动长木板相对于物块有向右运动的趋势，也就是物块相对于可移动长木板有向左的运动趋势，静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反，所以向右。
师：物块缓慢运动，近似于匀速运动，处于平衡状态，根据二力平衡，静摩擦力大小等于拉力大小，就可以根据弹簧测力计示数读出静摩擦力的大小。
实验演示：
师:接下来我们来进行实验，请大家注意观察现象。拉动可移动木板，同学们发现了什么？
生：拉力在变大
师：说明了什么？
生：静摩擦力在变大
师：此时，接触面的粗糙程度变不变？
生：不变
师：压力变不变？
生：不变
师：可见，在接触面粗糙程度和压力不变的情况下，静摩擦力是可变的。我们继续实验，继续增加拉力，同学们看到了什么现象？
生：弹簧测力计示数先增大，然后突然减小，最后保持不变。
师：我们可以用力传感器替代弹簧测力计进行实验，得出图线：
师：从图像可以看出来，物体不动的时候，摩擦力大小与拉力成正比，而且摩擦力大小等于拉力大小，这个时候的摩擦力是什么摩擦力？
生：静摩擦力
师：拉力持续增大，等拉力增大到某一个值的时候，我们可以看到，物体滑动了，摩擦力忽然减小，
最后保持不变。
师：示数保持不变的时候，还是静摩擦力吗?
生：不是，是滑动摩擦力
师：可见静摩擦力存在一个最大值，我们称为最大静摩擦力，最大静摩擦力等于刚要使物体运动的外力。
师：最大静摩擦力和滑动摩擦力谁大？
生：最大静摩擦力
师：我们可以总结为：静摩擦力存在最大值，最大静摩擦力等于刚要使物体运动的外力，而且最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
也就是静摩擦力不能无限增大，存在一定范围，这个范围是什么？
生：0师：那最大静摩擦力可能与哪些因素有关？
生：可能与压力和接触面粗糙程度有关
师：那我们来通过实验验证。但是有一个难题，做这个实验必须把最大静摩擦力测出来。大家集中注意力读最大静摩擦力。静摩擦力为多少？
学生说法不一
师：是不是很难读出来？因为变化太快了，变化是一瞬间的事。有没有什么办法来解决这个读数困难的问题？
我们可以在弹簧测力计的指针后放一纸片，指针运动时，会拖动纸片前进，当指针回退的时候，纸片会留在读数最大的地方，也就是说纸片记录了最大静摩擦力的数值，因此我们给它起个名字，叫“记忆纸”。
我们要研究最大静摩擦力与接触面粗糙程度的关系和压力的关系，研究一个物理量与多个物理量之间的关系，要用到什么方法？
生：控制变量法
师：怎么研究最大静摩擦力与接触面粗糙程度的关系？
生：保持其它因素不变，改变接触面的种类
师：很好，我们今天选择木板和书本两种接触面来进行实验。
（进行实验，记录数据）
师：从实验数据可以看出，在其他条件不变的情况下，最大静摩擦力随接触面的粗糙程度的变化而变化，接触面越粗糙，最大静摩擦力越大。
师：那怎么研究最大静摩擦力与压力的关系呢？
生：保持其他因素不变，改变压力大小
师：怎么改变压力大小？
生：改变物块的质量
师：很好，我们可以在物块上加砝码改变物块的质量，改变压力。
（进行实验，记录数据）
师：从实验数据可以看出，在其他条件不变的情况下，最大静摩擦力随压力的增大而增大，因为时间关系，我们只记录了几组数据，如果我们多做几组数据再画图，我们会发现，在其他条件不变的情况下，最大静摩擦力与物体间的压力成正比。
我们可以总结为，最大静摩擦力与物体间的压力成正比，并与接触面的性质有关。
有时候会给我们材料的静摩擦因数u，，有时候我们计算有点粗略，认为最大静摩擦力和滑动摩擦力近似相等，那么静摩擦力因数就和滑动摩擦力近似因数相等了，当然实际上是不相等的，哪个大？
生：静摩擦力因数大
师：那静摩擦力的大小与正压力有关吗?
我们可以试一下。老师用弹簧测力计拉物块，用0.3N的力拉，没拉动，静摩擦力为多大？
生：0.3N
师：那在物块上加砝码，增大压力，再用0.3N的力拉，还是没拉动，静摩擦力为多大？
生：0.3N
师：说明压力不一样，静摩擦力还是可以一样的，静摩擦力的大小主要由什么控制？
生：拉力
师：很好，在物块静止时，静摩擦力等于拉力，和压力是没有关系的。
静摩擦力的大小和压力无关，而最大静摩擦力与压力成正比。
六、摩擦力的调控
播放汽车在泥地里打滑的视频
师：汽车在泥地里打滑，为什么汽车不能驶出泥地？
生：摩擦力太小
师：那可以怎么增大摩擦力让汽车驶出泥地呢？
生：增大接触面粗糙程度
师：很好，我们可以通过加草垫增大摩擦力。
摩擦无处不在，有的摩擦是有益摩擦，比如有手和书之间的摩擦，我们才可以翻页看书。有笔和手之间的摩擦，我们才可以拿起笔写字。由于鞋和地面有摩擦，我们才可以走路。
但是也有一些摩擦不是那么友好，会给我们带来一定的麻烦，我们叫它有害摩擦。比如在地面上移动货物，会因为货物与地面的摩擦，而让我们多费力气。在自行车行驶过程中，会由于摩擦造成机件的磨损。
那么在生活和生产中，可以通过哪些方法减小有害摩擦？
生：减小压力，减小接触面的粗糙程度
师：很好，比如搬家时，塞得满满的箱子推不动，就要给箱子瘦瘦身，拿掉一些东西，减小了压力，摩擦力就小了。这是通过减小压力，减小有害摩擦。
比如在冰壶运动中，运动员一直要用冰刷在那刷，就是通过使接触面更加光滑，减小摩擦力。
其实我们还有其他的方法，同学们思考一下，在购物的时候我们为什么要在购物车下面加滚轮而不是直接用箱子直接接触地面来推呢？
生：因为更省力
师：更省力说明需要克服的摩擦力更小。加滚轮的时候是什么摩擦力？
生：滚动摩擦力
师：那不加呢？
生：滑动摩擦力
师：说明我们可以通过变滑动摩擦为滚动摩擦，减小有害摩擦。
我们还有另一种方法，可以将接触面隔开。比如给门轴上的合页加润滑剂，就可以在两个表面上形成油膜，使他们互不接触，减小了摩擦。
师：那么可以通过哪些方法增大有益摩擦？
生：增大压力，增大接触面粗糙程度，变滚动摩擦为滑动摩擦。
师：很好，比如拧瓶盖时要用力捏住瓶盖才能将瓶盖都打开，这就是通过增大手对瓶盖的压力，增大手和瓶盖间的摩擦力。
体操运动员比赛前必须在手上涂防滑粉，增大摩擦力。还有我们的鞋底上有凹凸不平的花纹，增大摩擦力。这都是通过增大接触面的粗糙程度，增大摩擦力。
比如自行车要刹车时，捏车闸的根本目的就是让车轮停止转动，从而使车轮从滚动变成滑动，摩擦力大大增加，车迅速停下来。这就是通过变滚动摩擦为滑动摩擦，增大有益摩擦。
板书设计： 摩擦力
一、滑动摩擦力
二、静摩擦力
1、产生条件：①两物体接触且存在挤压；②两物体存在相对运动趋势；③接触面粗糙。
2、定义：当两个彼此接触、挤压的物体之间没有发生相对滑动，但具有相对滑动的趋势时，接触面
上会产生一种阻碍相对滑动趋势的力，这种力叫做静摩擦力。
作用点：接触面上
方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势方向相反。
5、大小：0
三、摩擦力的调控