《第三章 相互作用──力》学习活动设计四：探究摩擦力的大小（word版教案）
文档属性
| 名称 | 《第三章 相互作用──力》学习活动设计四：探究摩擦力的大小（word版教案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 137.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-09 11:04:21 | ||
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文档简介
《第三章 相互作用──力》学习活动设计四：探究摩擦力的大小
课前准备：回忆初中学过的关于摩擦力的知识
1.有哪几种摩擦力？它们的产生条件分别是什么？
2.滑动摩擦力大小与哪些因数有关，教材通过哪些实验来说明的？
3.你能分别设计实验来看出静摩擦力和滑动摩擦力大小吗？写出你的方案，可以画图表示。
课堂教学：
【任务情景】
我面前有一个装满书的箱子，你们谁能告诉我用多大的水平拉力能拉动这个箱子？知道哪些信息就能判断水平拉力的大小呢？
教学策略：将上述实际问题转化成三个有梯度的探究过程，设计相应的学习任务，逐步深入研究，在研究的过程中，完成静摩擦力和滑动摩擦力大小特点的学习。第一步，完成学习任务一，将上述问题等效成可以探究的实验模型，通过实际操作，观察并归纳水平拉力的特点；第二步，完成学习任务二，分析拉力示数变化表象背后的深层次原因，揭示静摩擦力大小特点，并提出滑动摩擦力大小有什么特点的问题；第三步，完成学习任务三，设计实验验证猜想，通过实验归纳静摩擦力大小的决定因素。问题解决过程可以用图1表示。
【学习任务一】建立实验模型，探究水平拉力大小
教师活动：引导学生用如图2所示模型进行实验，通过实验探究拉动物块需要的拉力大小特征。
实验模型：如图2所示，用弹簧测力计沿着水平方向，缓慢增加拉力，直至拉动水平桌面上的物块，并使物块匀速运动一段距离。观察并记录整个过程中，弹簧测力计示数变化情况，用语言表达出来，并尝试进行解释。
操作提示：1. 尽可能慢地增加弹簧测力计示数，观察测力计刚有示数时物块是否滑动。2. 注意观察物块由静止变为运动时，弹簧测力计的示数有什么变化？3. 物块运动后，尽可能匀速拉动，保证物块做匀速直线运动。
实验结论：物块静止时，弹簧测力计示数逐渐增大，增大到一定数值时，物块开始运动；物块运动后，弹簧测力计示数好像突然小了一些；物块匀速运动时，弹簧测力计示数不变。
教师：组织学生分享和交流实验结果。
学习预测：上述实验对于物块由静止变为运动瞬间，拉力大小的判断不是很确定。
解决方案：用传感器替代弹簧测力计，重复上面的实验。实验数据如图3所示。
明确结论：运动的瞬间，拉力突然减小。
【学习任务二】对上述实验结果进行推理分析，实验结论说明什么？
教师：组织学生交流和讨论。
提示问题：
1. 拉力逐渐增大时，起初物块不动，说明什么？依据是什么？
说明物块受到静摩擦力作用，且静摩擦力随拉力增大而增大，依据是二力平衡。
2. 物块运动的瞬间水平拉力突然减小，说明什么？
说明静摩擦力存在最大值，且最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
3. 请你总结静摩擦力大小的特点。根据上述实验你能总结滑动摩擦力大小的特点吗？
静摩擦力大小有范围，在0和最大静摩擦力之间；滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。
【学习任务三】探究滑动摩擦力大小的决定因素
教师活动：创设任务情境。
任务情境：任务一中，匀速拉动物块时，滑动摩擦力大小是不变化的；如果加速拉动物块呢，物块加速运动过程中，摩擦力大小会变化吗？此时，弹簧测力计示数与滑动摩擦力大小还相等吗？如果不等，你能设计一个实验来测量滑动摩擦力的大小吗？
你认为滑动摩擦力大小与哪些因素有关？写下你的猜想，并通过实验验证猜想是否成立。
提供的实验器材：长木板、滑块（底面和侧面粗糙程度不同）、钩码一盒、弹簧测力计、细长线、天平。
学习预测：
如果学生说与速度无关，请他设计实验证明；如果学生说与速度有关，推荐下面的实验：
实验：将实验器材按图4所示连接好，第一次缓慢拉动下面的木板；第二次快速拉动下面的木板（不改变上面物体的质量）；并记录两次弹簧测力计示数，
第一次弹簧测力计示数：__________；第二次弹簧测力计示数：__________。（测力计的示数用小格数表示）；由此你得出的结论是：__________。
如果学生说与面积有关，可将图5中的滑块立在长木板上（注意要使用与底面相同材料的侧面），重复测量摩擦力大小。
如果学生说压力越大，滑动摩擦力越大，推荐下面的实验：
在图6的木块上分别增加1个钩码，2个钩码，3个钩码，4个钩码，拉动下面的木板，记录每次拉动下面木块过程中，弹簧测力计的示数，填入表中。
滑块质量：__________g 一个钩码质量：__________g
实验结论：接触面不变的情况下，滑动摩擦力与压力的比值是个定值，滑动摩擦力与压力成正比。
对实验结果进行交流讨论：
对比不同组的Ff/FN比值，发现不一定相同，这说明什么？
比值描述了两个接触面材料的粗糙程度。
【学习小结】
教师：组织学生用上述探究过程的经验和结论，回答课一开始的任务情境中问题。
参考答案：只要知道箱子与地面间的动摩擦因数和箱子的质量，计算箱子和地面的滑动摩擦力，再根据滑动摩擦力略小于最大静摩擦力，可以估算出水平拉动箱子需要的最小拉力；或者知道箱子和地面的静摩擦系数以及箱子的质量，直接计算最大静摩擦力。
【学习评价自测】
1. 如图7所示，弹簧测力计一端固定在墙壁上，另一端与小木块A相连。在用力抽出长木板B的过程中，观察到弹簧测力计的示数为4.0N（忽略弹簧形变所需时间），则（ ）
A.A受到静摩擦力，一定大于4.0N
B.A受到滑动摩擦力，一定等于4.0N
C.A受到滑动摩擦力，一定小于4.0N
D.A不受摩擦力
解析 A、B之间有相对滑动，故可知A受到的是滑动摩擦力，对A受力分析可知，A在水平方向受到B对A的摩擦力和弹簧测力计对它的拉力，因为A受力平衡，故摩擦力一定等于4.0N，选项B正确。
答案 B
图8
2. 杂技节目“爬竿”受到广大观众的喜爱和好评。如图8所示，当杂技演员用双手握住固定在竖直方向的竿匀速攀上和匀速下滑时，他所受的摩擦力分别是Ff1和Ff2，那么（ ）
A.Ff1向下，Ff2向上，且Ff1=Ff2
B.Ff1向下，Ff2向上，且Ff1>Ff2
C.Ff1向上，Ff2向上，且Ff1=Ff2
D.Ff1向上，Ff2向下，且Ff1=Ff2
解析 匀速攀上时，杂技演员所受重力与静摩擦力平衡，由平衡条件可知Ff1=G，方向竖直向上；匀速下滑时，其重力与滑动摩擦力平衡，则Ff2=G，方向竖直向上，所以Ff1=Ff2，故选项A、B、D错误，C正确。
答案 C
课前准备：回忆初中学过的关于摩擦力的知识
1.有哪几种摩擦力？它们的产生条件分别是什么？
2.滑动摩擦力大小与哪些因数有关，教材通过哪些实验来说明的？
3.你能分别设计实验来看出静摩擦力和滑动摩擦力大小吗？写出你的方案，可以画图表示。
课堂教学：
【任务情景】
我面前有一个装满书的箱子，你们谁能告诉我用多大的水平拉力能拉动这个箱子？知道哪些信息就能判断水平拉力的大小呢？
教学策略：将上述实际问题转化成三个有梯度的探究过程，设计相应的学习任务，逐步深入研究，在研究的过程中，完成静摩擦力和滑动摩擦力大小特点的学习。第一步，完成学习任务一，将上述问题等效成可以探究的实验模型，通过实际操作，观察并归纳水平拉力的特点；第二步，完成学习任务二，分析拉力示数变化表象背后的深层次原因，揭示静摩擦力大小特点，并提出滑动摩擦力大小有什么特点的问题；第三步，完成学习任务三，设计实验验证猜想，通过实验归纳静摩擦力大小的决定因素。问题解决过程可以用图1表示。
【学习任务一】建立实验模型，探究水平拉力大小
教师活动：引导学生用如图2所示模型进行实验，通过实验探究拉动物块需要的拉力大小特征。
实验模型：如图2所示，用弹簧测力计沿着水平方向，缓慢增加拉力，直至拉动水平桌面上的物块，并使物块匀速运动一段距离。观察并记录整个过程中，弹簧测力计示数变化情况，用语言表达出来，并尝试进行解释。
操作提示：1. 尽可能慢地增加弹簧测力计示数，观察测力计刚有示数时物块是否滑动。2. 注意观察物块由静止变为运动时，弹簧测力计的示数有什么变化？3. 物块运动后，尽可能匀速拉动，保证物块做匀速直线运动。
实验结论：物块静止时，弹簧测力计示数逐渐增大，增大到一定数值时，物块开始运动；物块运动后，弹簧测力计示数好像突然小了一些；物块匀速运动时，弹簧测力计示数不变。
教师：组织学生分享和交流实验结果。
学习预测：上述实验对于物块由静止变为运动瞬间，拉力大小的判断不是很确定。
解决方案：用传感器替代弹簧测力计，重复上面的实验。实验数据如图3所示。
明确结论：运动的瞬间，拉力突然减小。
【学习任务二】对上述实验结果进行推理分析，实验结论说明什么？
教师：组织学生交流和讨论。
提示问题：
1. 拉力逐渐增大时，起初物块不动，说明什么？依据是什么？
说明物块受到静摩擦力作用，且静摩擦力随拉力增大而增大，依据是二力平衡。
2. 物块运动的瞬间水平拉力突然减小，说明什么？
说明静摩擦力存在最大值，且最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
3. 请你总结静摩擦力大小的特点。根据上述实验你能总结滑动摩擦力大小的特点吗？
静摩擦力大小有范围，在0和最大静摩擦力之间；滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。
【学习任务三】探究滑动摩擦力大小的决定因素
教师活动：创设任务情境。
任务情境：任务一中，匀速拉动物块时，滑动摩擦力大小是不变化的；如果加速拉动物块呢，物块加速运动过程中，摩擦力大小会变化吗？此时，弹簧测力计示数与滑动摩擦力大小还相等吗？如果不等，你能设计一个实验来测量滑动摩擦力的大小吗？
你认为滑动摩擦力大小与哪些因素有关？写下你的猜想，并通过实验验证猜想是否成立。
提供的实验器材：长木板、滑块（底面和侧面粗糙程度不同）、钩码一盒、弹簧测力计、细长线、天平。
学习预测：
如果学生说与速度无关，请他设计实验证明；如果学生说与速度有关，推荐下面的实验：
实验：将实验器材按图4所示连接好，第一次缓慢拉动下面的木板；第二次快速拉动下面的木板（不改变上面物体的质量）；并记录两次弹簧测力计示数，
第一次弹簧测力计示数：__________；第二次弹簧测力计示数：__________。（测力计的示数用小格数表示）；由此你得出的结论是：__________。
如果学生说与面积有关，可将图5中的滑块立在长木板上（注意要使用与底面相同材料的侧面），重复测量摩擦力大小。
如果学生说压力越大，滑动摩擦力越大，推荐下面的实验：
在图6的木块上分别增加1个钩码，2个钩码，3个钩码，4个钩码，拉动下面的木板，记录每次拉动下面木块过程中，弹簧测力计的示数，填入表中。
滑块质量：__________g 一个钩码质量：__________g
实验结论：接触面不变的情况下，滑动摩擦力与压力的比值是个定值，滑动摩擦力与压力成正比。
对实验结果进行交流讨论：
对比不同组的Ff/FN比值，发现不一定相同，这说明什么？
比值描述了两个接触面材料的粗糙程度。
【学习小结】
教师：组织学生用上述探究过程的经验和结论，回答课一开始的任务情境中问题。
参考答案：只要知道箱子与地面间的动摩擦因数和箱子的质量，计算箱子和地面的滑动摩擦力，再根据滑动摩擦力略小于最大静摩擦力，可以估算出水平拉动箱子需要的最小拉力；或者知道箱子和地面的静摩擦系数以及箱子的质量，直接计算最大静摩擦力。
【学习评价自测】
1. 如图7所示，弹簧测力计一端固定在墙壁上，另一端与小木块A相连。在用力抽出长木板B的过程中，观察到弹簧测力计的示数为4.0N（忽略弹簧形变所需时间），则（ ）
A.A受到静摩擦力，一定大于4.0N
B.A受到滑动摩擦力，一定等于4.0N
C.A受到滑动摩擦力，一定小于4.0N
D.A不受摩擦力
解析 A、B之间有相对滑动，故可知A受到的是滑动摩擦力，对A受力分析可知，A在水平方向受到B对A的摩擦力和弹簧测力计对它的拉力，因为A受力平衡，故摩擦力一定等于4.0N，选项B正确。
答案 B
图8
2. 杂技节目“爬竿”受到广大观众的喜爱和好评。如图8所示，当杂技演员用双手握住固定在竖直方向的竿匀速攀上和匀速下滑时，他所受的摩擦力分别是Ff1和Ff2，那么（ ）
A.Ff1向下，Ff2向上，且Ff1=Ff2
B.Ff1向下，Ff2向上，且Ff1>Ff2
C.Ff1向上，Ff2向上，且Ff1=Ff2
D.Ff1向上，Ff2向下，且Ff1=Ff2
解析 匀速攀上时，杂技演员所受重力与静摩擦力平衡，由平衡条件可知Ff1=G，方向竖直向上；匀速下滑时，其重力与滑动摩擦力平衡，则Ff2=G，方向竖直向上，所以Ff1=Ff2，故选项A、B、D错误，C正确。
答案 C