福建省邵武市第七中学（鲁科版）高中物理必修一教案：4-3 摩擦力

鲁科版物理必修1 第四章 第3 节 摩擦力
一、教学设计思路：
本节内容是高中物理受力分析部分的核心内容 ( http: / / www.21cnjy.com )，也是整个力学的中的关键内容之一，理解的难度上比重力和弹力更深一层，所以对本节的教学内容必须有高度的重视，要把它放在一个较高的教学层面上来对待。本课时的学习任务是完成第一部分静摩擦力的学习。关于摩擦力的知识，学生在生活中也有少许的经验，初中也有所了解，应该有了一定的常识。所以这一节课的教学，要在原有知识的基础之上的延伸和拓展。
静摩擦力是初中教学中未曾提及的，它的存在条 ( http: / / www.21cnjy.com )件、方向、大小、最大静摩擦力等知道对初学者来说，具有很大困难。本节计划从自主体验、合作探究、师生互动、交流总结等方式突破教学难点，力求对知识的掌握。
二、教案：
教 学 目 标 （一）知识与技能1、会用二力平衡法和假设法判断静摩擦力是否存在；2、知道什么是静摩擦力以及产生的条件； 3、知道并能够正确判断静摩擦力的方向；4、清楚静摩擦力大小的特点，并知道最大静摩擦力及其大小的测量方法。（二）过程与方法1、锻炼学生观察、比较、分析、探究和语言表达能力；2、通过参与课堂活动，培养学生的情趣和求知欲； 3、通过自己动手实验，培养学生解决问题的思路、方法形成能力。（三）情感、态度与价值观1、通过积极参与课堂小游戏，提高对物理学习的热情和动机，同时较好的调动了学生的学习情趣；2、帮助学生树立“生活→物理→社会”的意识形态，达到学以致用；3、通过自己动手操作，进一步培养学生合作学习得精神，激发学生热爱科学，坚韧自信和勇于创新的精神。
教 学重难点 1、静摩擦力是否存在以及方向的判断2、静摩擦力产生的条件及大小变化规律
教 学方 法 观察法、讨论法、演示法、设疑引导、分析归纳等
教 学媒 体运 用 1、演示实验：（1）趣味比赛：筷子2双、砝码、直尺、（2）筷子提米杯：筷子一支，米一杯；（3）演示装置：长木板、滑块、细线、沙桶、弹簧测力计、摩擦力演示器；2、PPT教学演示课件和物理课堂教学展板
教 师 活 动 学 生 活 动 设计意图
（一）生活情境引入【演示实验】筷子提米杯问题：米杯“想”掉却没有掉下来，是什么原因呢？初中我们学习了摩擦力，知道当两个物体彼此接触和挤压，并发生相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力。那是不是只有相对运动的物体间才会产生摩擦力呢？播放视频：推汽车，没推动，汽车有受到摩擦力吗？很好，所以物体静止时也可以受到摩擦力我们把这种发生在叫静摩擦力（由此引出本节课的课题。）（板书）：静摩擦力（二）进入课题静摩擦力的“静”字的含义，是不是说只有静止的物体才会有静摩擦力呢？播放视频：人站在商城的扶梯上随扶梯上升，人有没有受到摩擦力。所以这个静字的含义是：相对静止我们就把发生在相对静止的两个物体间的摩擦力叫静摩擦力！1.静摩擦力的产生条件接下来请大家寻找和感受下身边的静摩擦力。很好，刚才大家都体验静摩擦力，下面大家通过刚才的体验尝试去寻找下要产生静摩擦力需要什么条件？ 很好，那我们那我们一起来总结下静摩擦力产生的条件：要相互接触并挤压接触要粗糙要有相对运动的趋势。现代汉语中对趋势的定义是这样的：一个物体有向某个方向发展的动向。那么存在相互运动趋势的两个物体，首先他们之间的位置关系是相对静止的，但是它们之间有发生相对运动的趋势和动向。那我们如何判断具有相对运动的趋势呢？提出假设法：以推桌子，筷子提米，站在扶梯上为例刚才我们研究了静摩擦力的产生条件，我们研究一个力除了要研究它的产生条件外，我们还有研究它的什么？静摩擦力的作用点在哪呢？ 很好，接触面上下面我们一起来研究下静摩擦力的方向。大家的桌面上有毛刷，我们右手拿起来，一起来，我们把毛刷放在另一只手掌上，现在我们用力向左推毛刷，我们可以看到什么现象？刷毛为什么弯曲？很好，刷毛向右弯曲说明刷毛受到向右的静摩擦力我们刚才是向左推毛刷，如果我的手是光滑的，那毛刷会向左运动，说明毛刷有向哪运动的趋势。向左，很好，刚才我们向左推毛刷的过程中，毛刷受到向右的静摩擦力，毛刷相对手掌的运动趋势向左。在这个例子中我们发现静摩擦力的方向与物体相对接触面运动的趋势方向相反。大量的实验表明，这正是静摩擦力方向的特点：物体所受静摩擦力的方向总是与接触面相切，且与物体和接触面的相对运动的趋势方向相反。既然静摩擦力的方向总是与接触面的相对运动的趋势方向相反，那静摩擦力的作用效果是什么？很好，静摩擦力总是阻碍物体间相对运动的趋势，它总是要保持物体间相对静止。这就是静摩擦力的作用效果。刚才我们明确了静摩擦力的方向，接下来我们一起研究下静摩擦力的大小静摩擦力的大小我们要研究静摩擦力的大小，实验探究是一种非常好的方式。那么我们测量一个力的大小用什么仪器 弹簧秤是是用来测量拉力的，怎么测静摩擦力呢 我们可以用二力平衡原理来研究静摩擦力的大小。介绍测量静摩擦力的大小的方案：弹簧秤的一段连接在铁架台上，另一端挂着跟木 ( http: / / www.21cnjy.com )块相连，木块的下端有一个可移动接触面，现在如果我们用外力缓慢的向右拉可移动接触，那么在木块与可移动接触面相对静止的前提下，木块也将和可移动接触面一起向右缓慢的移动，这种缓慢移动我们可以近似看成是平衡状态，那么下面我们一起来对木块进行受力分析：重力，支持力，弹簧秤向左的拉力和向右的静摩擦力。根据二力平衡，弹簧秤的拉力跟静摩擦力有什么关系？很好，大小相等，方向相反。所以我们通过读出弹簧秤的拉力就可以得到静摩擦力的大小。下面我们来看下实验的过程：注意：这个位置有个红颜色的 ( http: / / www.21cnjy.com )标志物，这个标志物固定在接触面上，目的是便于观察接触面的运动，从而判断出木块和接触面的运动关系，现在这个标志物边缘和木块边缘刚好重合。实验情景1：轻轻向外拉接触面，木块与接触面相对静止再继续拉，仍然保持相对静止问：你们看到什么现象？说明静摩擦力可变。分析:木块对静摩擦力的压力和接触面的粗糙程度不变的情况下，静摩擦力大小可以变化。实验情景2问：静摩擦力是不是可以无限增大呢？继续增大拉力，观察现象？分析：静摩擦力不能无限增大下去，存在一个最大值，这个最大值我们叫最大静摩擦力。静摩擦力可变，且有个变化范围：大于零，小于等于最大静摩擦力。如果外力能够使物体克服最大静摩擦力，那么物体就将相对接触面发生相对运动。分析：推不动汽车的原因是力不足于使汽车克服它和地面间的最大静摩擦力。问：我能否推动汽车呢？猜想：最大静摩擦力跟哪些因素有关系呢？下面我们就用实验来尝试探究下最大静摩擦力跟压力和接触面的粗糙程度的关系。实验情景3
读出刚才实验的最大静摩擦力。发现读数变化太快，无法准确读出。提出改 ( http: / / www.21cnjy.com )进方法：在弹簧秤上放一张小纸片，实验时，指针推动小纸片运动，纸片与弹簧秤的滑动摩擦力很小，可以忽略。当指针回缩时，纸片静止，帮我们记录读数的大小。问：实验时，我们采用什么方法研究最大静摩擦力跟压力和接触面的粗糙程度的关系分组实验：控制压力不变，探究最大静摩擦力跟接触面的粗糙程度的关系； 控制接触面的粗糙程度不变，探究最大静摩擦力跟压力的关系实验情景1：将滑块放在水平木板上，处于静止。问题1：滑块在竖直方向受几个力 问题2：水平方向呢 ： 如图所示，再将细线一端系在滑块上，另一端通过定滑轮钩到沙桶上，沙桶中装有一些沙子，滑块仍然静止。问题1：滑块在水平方向受拉力作用为何还能处于静止状态 实验情景3： 在长木板上倒一些洗衣粉水，使滑块与木板之间的接触面非常光滑。问题1：看到了什么现象？问题2：之前，滑块相对长木板没有运动，但具有向右运动的趋势，那么是什么阻碍滑块的相对运动趋势？小结：由此，引出“假设法”。 （三）深入课题【联系生活】静摩擦力的产生分析如图所示的几个生活实例，判断地面对箱子、手对直尺、斜面对物体是 ( http: / / www.21cnjy.com )否存在静摩擦力，判断时可以根据假设接触面光滑，判断图中的研究对象有没有相对运动的趋势。（邀请1位同学完成） 结合以上三个生活实例，启发学生再次观察三幅图片，从中分析归纳出静摩擦力产生的条件：（板书）（1）具有相对运动趋势（2）相互接触相互挤压（设置课堂游戏，让学生进行交流讨论） 游戏规则：邀请两位同学走上讲台，用筷子将砝码加起来，看谁更快。游戏解读：剖析获胜的关键因素，并归纳静摩擦力产生的第三个条件。（板书）：（3）接触面粗糙 〈一词定“音” 〉请同学们用一个词语形象的概括静摩擦力产生条件的特点。（板书）：应势而生 在此基础上，给出静摩擦力的概念。（投影）两个相互接触的物体，当它们之间有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动趋势的力，这种力叫做静摩擦力。【体验概括】 静摩擦力的方向我们研究了静摩擦力产生的条件和概念，要全面的了解一种力，还应该从力的哪些方面入手呢？让我们将视线再次回到这套实验装置上，如图所示。 问题1：滑块受到的静摩擦力的作用点在哪儿呢？问题2：静摩擦力阻碍了滑块相对运动的趋势，它的方向有什么特点？ （师生互动体验）我们一起来感受静摩擦力的方向。请全 ( http: / / www.21cnjy.com )体同学闭上眼睛，进入一种想象的空间，水平方向伸出左手，再伸出右手，想象自己的右手中握有一把牙刷，牙刷毛朝下并放在左手掌心上：互动1：手握牙刷用力向左推，并使其与掌心间保持相对静止，此时，牙刷相对掌心的运动趋势方向朝哪边？与掌心接触的牙刷毛向哪边弯曲？说明牙刷毛受到的静摩擦力朝哪个方向？互动2：再把牙刷毛朝上用左手固定，将右手食指放在牙刷 ( http: / / www.21cnjy.com )毛上，向左推并与牙刷毛保持相对静止，手指相对牙刷毛的运动趋势方向朝哪边？手指受到的静摩擦力方向朝哪边？这两个方向有何关系？点评：请同学们睁开眼睛，对刚刚同学们的想象能力和表现行为给予肯定和表扬，并引导学生归纳出静摩擦力方向的特点。同时点评这一互动环节的设计意图。 （过渡）结合刚刚归纳的结论，邀请1位同学走上讲台将表示静摩擦力方向的蓝色箭头黏贴到展板上。 （板书）：2、方向：沿接触面，与相对运动的趋势方向相反。 〈一词定“音” 〉请同学们再用一个词语形象的概括静摩擦力方向的特点。（板书）：逆势而为 【合作探究】静摩擦力的大小让我们将视线回到这套实验装置上，如图所示。 （问题情境导入）问题1：若沙和沙桶的总重力为0.2N，滑块受到的静摩擦力多大？问题2：往沙桶中加入一些沙子，滑块仍然静止，此时静摩擦力变了吗？ 点评：可见，当接触面粗糙程度和接触面压力不变的时，滑块受到的静摩擦力的大小可以变化，且视相对运动趋势的程度不同而定。（板书）：3、大小（1）变化的；问题3：继续往沙桶中加入沙子，直到滑块开始滑动，则滑动后的摩擦力还是静摩擦力吗？这一现象说明了什么？小结：滑块与长木板间的静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力，用Fmax表示。（板书）：（2）有范围；（0 < F < Fmax） 〈一词定“音” 〉请同学们再用四个字语形象的概括静摩擦力大小的特点。（板书）：随势而变 （四）延伸课题问题4：如何测出滑块受到的最大静摩擦力的大小呢？视频：几位同学事先合作完成的演示实验，并通过后期制作成一段视频。 思考1：看完视频后，同学们注意到弹簧测力计的示数怎样变化的吗？分析：滑块被拉动之后，受到 ( http: / / www.21cnjy.com )的不再是静摩擦力了，可见，当滑块刚开始滑动时所受到的才是最大静摩擦力，因此，弹簧测力计的示数等于这个最大静摩擦力只有一瞬间。思考2：由于滑块滑动之后，示数会突然减小，那么怎样才能较为准确的记录下这一“宝贵”的瞬间呢？展示：记忆卡 （解读记忆卡的作用就是停留在弹簧测力计最大值的位置，“记住”了最大值。） 【合作学习，收获体验】：（布置任务）以小组为单位，分工合作，通过实验测出最大静摩擦力的大小。（巡视指导）进一步强调合作和分工，提醒同学注重体验过程，能够较为准确的测出数据。（成果交流）方案1： 方案2： 点评：对于两种方案都持肯定态度，尤其是对第二种方案给予高度表扬，指出是“逆向思维”的很好体现，值得同学们在今后学习中借鉴。 （过渡）事实上，最大静摩擦力在生活中的应用很广泛，下面进行一个课堂小活动——直尺拔河。（邀请2位同学作为选手，其他同学担当评委） 启发：实际上，这个小游戏所反折射出的物理思想就是最大静摩擦力的大小与哪些因素有关？【拓展提升】动中有“静”（投影）静摩擦力的概念问题1：静摩擦力的“静”有什么含义？问题2：只有静止的物体才会受到静摩擦力作用吗？（过渡）让我们将视线回到实验装置上： 演示：在桌面上做上红色记号，缓慢推动长木板，并保持长木板与滑块相对静止，让学生仔细观察现象。问题3：滑块是运动的还是静止的？问题4：滑块受到的还是静摩擦力吗？ 分析：引导学生讨论交流，归纳出“动中有静”，理解“静”的相对性。（板书）；动中有“静” 【课题延伸】静中有“动”展示：摩擦力演示器 演示：启动电源让皮带轮转动，再将滑块放到皮带轮上，让学生仔细观察实验现象，并思考问题。问题1：滑块是运动的还是静止的？问题2：滑块受到的还是静摩擦力吗？ 让学生再次“审视”这个问题，不需要学生回答，只需静静思考，慢慢体会出“静中有动”的意境。（板书）；静中有“动”下一节课，我们会去认识一下摩擦力这个大家庭中的另一位成员——滑动摩擦力。 ① 用心观察，看到米杯没有掉下来，有同学发出惊叹声；② 认真思考老师的提问并能够齐声回答：摩擦力的作用；③ 明确了本节课的学习任务。 有 会。 手推桌子没动，桌子受到静摩擦力 相互接触，相互挤压，相对运动的趋势，接触面粗糙 大小，方向，作用点接触面上刷毛弯了受到静摩擦力根据二力平衡知识能够判断出滑块还受到静摩擦力的作用。 向左 阻碍相对运动的趋势弹簧测力计物体处于相对静止，处于平衡，根据二力平衡原理，静摩擦力大小等于拉力二力平衡大小相等，方向相反学生认真观察，记录读数拉力增大，静摩擦力增大木块与接触面发生相对运动在一个表面比较光滑的接触面上。粗糙程度，压力2.4 2.6观察实验现象，积极参与问题的热议，能够得出是静摩擦力的作用效果。在老师的启发下，领悟到“假设法”的思想。 控制变量法① 积极举手示意，很愿意参与到教学活动中；② 逐一分析、判断每幅图片，确定是否具有相对运动的趋势，进而判断出是否存在静摩擦力； ③ 比较容易归纳出静摩擦力产生的两个条件。 易于得出静摩擦力产生的条件，尤其是“筷子夹砝码”的小游戏，表现出很高兴致，课堂氛围较好。对获胜的原因在最后老师揭开谜底时，才恍然大悟。 独立思考或相互交流，各持己见，众说纷纭，例如：顺势而行、因势而成 …… ① 齐声回答：接触面上； ② 带着问题进入互动体验… 全体同学闭上眼睛，积极参与活动，在老师的语言引导下，大家一起做动作，认真体验，实现共鸣。 齐声回应：① 左； ②右； ③右； 齐声回应：① 左； ②右； ③ 方向相反 在教师的启发下，学生们结合自己的体验，通过相互讨论、归纳出静摩擦力方向的特点：即与相对趋势的方向相反。 热情很高，踊跃参加。 独立思考或相互交流，各持己见，众说纷纭，例如：反道而行、与势相反 …… 观察实验现象，根据已有的知识经验进行分析，积极尝试回答老师的提问：① 0.2N；② 变大。 深入思考，层层推进，进一步认识、了解静摩擦力的大小特点及其变化的规律。 小结：静摩擦力的大小有范围，即滑块与长木板之间的静摩擦力存在一个最大值，拉力达到这个最大值，滑块就开始滑动。 独立思考或相互交流，各持己见，众说纷纭，例如：变化无常、可大可小 …… 学生代表回答：可以用弹簧测力计代替沙桶 ( http: / / www.21cnjy.com )拉滑块，当拉力逐渐增大到等于最大静摩擦力时，滑块刚好被拉动。读出滑块刚开始滑动时测力计的示数，就等于最大静摩擦力的大小。 进一步增强了对静摩擦力“随势而变”的认识和理解。 小组之间互相交流，试图寻找解决问题的办法，能够发现记忆卡设计的巧妙作用。 学生以小组为单位，分工合作，确定不同的实验条件，完成最大静摩擦力大小的测量。 选择方案2的某小组学生代表到讲台上进行方案设计、实施、结论的展示和交流，因实验思想、方法的新颖，受到老师和同学的一致好评和肯定。 踊跃举手积极参与，收获的不仅是一种体验，还有一份好的心情。 通过深层次讨论，能够从列举的例子中抓住静摩擦力的一些“本质”的东西，理解“静的相对性，并进一步归纳出静摩擦力的产生条件。 对比上次的实验情景，这一次每一位同学的心中已经有了自己的答案。或许这个时候，他们能够体会出静中有“动”。 创设情境，利用互动游戏让课堂迅速“升温”，吸引学生注意力，为课题的引入做好铺垫，同时体现“物理源于生活”。 通过这个生活小实验，引起学生的视觉冲击，会产生一定的好奇心，也再次说明物理与生活息息相关，有助于课堂教学的逐步推进。 选择这套实验装置的目的有两点：一是它可 ( http: / / www.21cnjy.com )看作力学实验装置的“经典”，高中阶段经常使用，可为今后的学习打好基础。二是它也是本节课的“核心”装置，呈现出一条线索，贯穿始终，在课题的展开方面发挥作用。 ① 这是本届可设计的一个亮点，体现教学互动，上下衔接较为自然；② 引导学生学会从各类情境中分析出静摩擦力存在的特征：有相对运动的趋势，并能最终归纳出判断静摩擦力是否存在的方法：二力平衡法和假设法。 让“体验”成为这节课所倡导的一个关键词语，为学生创造机会，较好的实现这一设计意图。 一词定“音”这个环节设计很有新意，提醒学生抓住静摩擦力的最明显特征进行概括，调动学生的学习劲头，为后面环节设计起到很好的暗示作用。。 这是本套实验装置的第2次出现，为静摩擦力方向的教学展开发挥了较好的作用。 从生活中极易观察到的现象入手，让学生“ ( http: / / www.21cnjy.com )进入”一种想象的空间，学生按照老师的统一的口令操作、想象、体验，效果很好，成为本节课一道亮丽风景线，同时也体现低碳、环保的教育理念。教学过程处理细腻，学生印象深刻。 尽量使教学过程中使用的素材的利用率得以提升，通过红、蓝箭头对比，也能较好的体现静摩擦力方向的特点。 思维上的互动，可以碰撞出思想的火花，能够激发学生的灵感，调动学习的情绪。 这是本套实验装置的第3次出现，为静摩擦力大小的教学展开发挥了较好的作用。 通过改变条件做演示实验，一系列设问，让学生更深层次的挖掘静摩擦力的一些特性。 视频是同学们自行拍摄、编辑、后期制作而成，是学生团队意识、合作学习的精神体现，目的是希望激发其他同学的学习热情和求知欲。 此处将一个小小的记忆卡作为一个要素，让其“粉墨登场，主要是帮助学生树立多动手动脑的习惯，多多参与实践，并从实践中收获知识和能力的意识培养。 老师只需要指明学生要探究的内容与方向，在适当时给予必要指导，具体由学生合作完成。 有意安排学生来促进其他学生在认识上的逐步得到提升，较好的加深对这个实验所折射出的思想方法的领会。 这是本节课在教学计环节中的又一个亮 ( http: / / www.21cnjy.com )点，在这个趣味比赛中，学生收获了体验和快乐，并能在老师的启发下，在脑海中更强烈地意识到物理与生活是紧密相连的。 这是本套实验装置的第4次出现，为静摩擦力相对性的教学发挥了较好的作用，也充分体现了它在本节课中的核心地位和作用。 通过演示各类实验装置来调动学生的积极性和参与性，给予学生充分的体验机会，感受到摩擦力无处不在。 启发学生学会比较和思考，有意识的培养学生的迁移能力，并为下一节课的学习做好设置悬念。
板书设计：第3节 摩擦力（第1课时）一、静摩擦力1、产生： 最大静摩擦力（Fmax）（1）具有相对运动趋势（2）相互接触而且挤压 应势而“生”（3）接触面粗糙2、方向： 沿接触面，与相对运动趋势的方向相反。 逆势而“为”3、大小：（1）变化的（2）有范围（0 < F < Fmax） 随势而“变”
作业布置：◆ 实践研究课题：最大静摩擦力的大小与哪些因素有关？由此联系到：拔河比赛中获胜的关键因素是什么？（要求课下有兴趣的同学组成兴趣小组，结合 ( http: / / www.21cnjy.com )学习生活已有经验，选择合适的器材，进行实践性研究，老师将提供平台，邀请各个小组将方案设计、实施过程、初步性结论进行集中交流展示，达到共享。）