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