高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力2 摩擦力教案

《3.2 摩擦力》教学设计

从容说课               

学过高中物理的人都知道，高中物理学的难点在于受力分析，受力分析的难点在于摩擦力的分析.摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用.在摩擦力这节课中，重点是研究滑动摩擦力，要求会计算其大小和判断其方向，难点是静摩擦力，尤其是静摩擦力方向的判断.教师要试图将学生初中学过的相关概念与本节的内容有机地溶合在一起.教学中要力图从两种摩擦力的区别与联系出发，让学生从产生的条件、影响摩擦力大小的因素、范围及其计算来理解两种摩擦力的异同.在探究实验中要充分利用初中学习过的已有的二力平衡的条件知识，通过观察物体从不动到滑动过程静摩擦力随动力逐渐增大而增大的情况，在探究中去理解静摩擦力.对于动摩擦因数（如与接触面的粗糙程度、物体接触面的压力有关）教学中要适当考虑，不是要通过教师的说明，而是要通过具体的实验让学生充分感受后得出.有关摩擦力的教学，可以多举身边的例子，因为摩擦力无处不在，举身边的例子可以使学生很容易接受，并且学生在理解摩擦力的时候，自己也可以多举身边的例子进行验证，物理学实际上是来源于对生活的观察，教学一定不要脱离实际.

三维目标               

知识与技能

1.知道滑动摩擦力的产生条件，认识滑动摩擦的规律.知道动摩擦因数与相互接触的物体的材料和接触面的粗糙程度有关，会判断滑动摩擦力的方向.

2.能运用滑动摩擦力公式来计算滑动摩擦力.

3.认识静摩擦的规律，知道静摩擦力的变化范围及其最大值.

4.知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力.

5.会根据物体的平衡条件简单地计算静摩擦力的大小.

过程与方法

1.培养学生利用物理语言分析、思考、描述摩擦力概念和规律的能力.

2.培养学生的实验探究能力.

3.让学生学会在实验中控制变量和实验条件.

4.通过自己动手实验，培养学生分析问题、解决问题的能力.

情感态度与价值观

1.利用实验和生活实例激发学生学习兴趣.

2.培养学生实践——认识（规律）——实践（解决实际问题）的思想.

3.在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法.

教学重点               

1.滑动摩擦力大小的计算以及方向的判断.

2.静摩擦力的有无的判断以及静摩擦力方向的判断.

3.静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念.

教学难点               

1.静摩擦力有无的判断和静摩擦力方向的判断.

2.静摩擦力大小的简单计算.

教具准备               

多媒体教学课件、长方体木块（每组3块）、弹簧秤、毛巾；玻璃板、毛刷（两个学生一组）.身边的物体（例如水杯、黑板擦、钢笔、橡皮、讲桌等物体）

课时安排               

3课时

教学过程               

［新课导入］

师:（举生活中的例子，也可以用多媒体演示）

【演示实验】用手握住水杯.

师:水杯为什么没有运动？

生:因为水杯受力平衡.

师:水杯受几个力呢？

生:两个，重力和手对它的摩擦力.重力和摩擦力应该是平衡力.

师:那么摩擦力的方向又是如何呢？

生:重力的方向竖直向下，摩擦力和重力大小相等，方向相反，所以在这个问题中摩擦力的方向应该竖直向上.

师:这位同学回答得很好，今天我们就在初中学习的基础上进一步学习摩擦力.

［进行新课］

一、静摩擦力

师:首先看一下什么是摩擦力，大家回忆一下初中所学的内容，叙述一下摩擦力的概念.

生:两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这个力叫做摩擦力.

师:（举身边的例子，用水平推力推课桌时，课桌没有运动）当我用力推课桌时，课桌为什么没有运动?

生:因为课桌与地面之间有摩擦力的作用.

师:这种摩擦力发生在相对静止的两个物体之间，我们把这种摩擦力叫做静摩擦力.同学们思考一下静摩擦力存在的条件.

生1:首先两个物体间的接触面不光滑.

生2:两个物体间有相对运动趋势.

生3:两个物体应该接触并且相互挤压.

师:（鼓励）刚才几位同学分析得非常好，根据上节课的知识，弹力产生的条件是接触并且有形变，那么把摩擦力产生的条件概括成一句话，这句话应该怎样表达？

生:两个接触面不光滑的物体间有弹力并且有相对运动趋势.

师:下面我们通过实验探究一下静摩擦力的大小和方向.

【实验探究】（参考实验）

（1）用弹簧测力计水平地拉静止在水平桌面上的木块，逐渐增大拉力，直到木块运动为止.观察在此过程中弹簧测力计的示数变化，并将实验数据填入表格中.

（2）在木块上增加砝码，重复上述实验，将实验数据填入表中.

师:实验数据记录的表格应该怎样设计?

生:我设计的表格是这样的.

多媒体投影学生的表格设计（参考表格）   

实验数据记录表

师:根据实验结果，尝试讨论以下问题:

木块在水平桌面上，不用外力去拉，它有没有受到摩擦力的作用？

生:没有.

师:用弹簧测力计轻轻拉木块，但它不动，木块有没有受到摩擦力的作用?

生:有.

师:其大小和方向如何?依据是什么?

生:大小与拉力大小相同，方向与相对运动趋势的方向相反，即与拉力的方向相反；依据二力平衡.

师:静摩擦力的大小是一个固定的值吗?它与压力有关系吗?如何确定其大小?

生:静摩擦力的大小不是一个固定值，它与压力没有关系，可以用二力平衡条件来确定它的大小，在物体静止时，物体受到的拉力和物体受到的地面对它的静摩擦力相等.

师:当物块才刚开始相对于桌面滑动，这时物块所受的静摩擦力叫什么？它的大小和方向呢？

生:最大静止摩擦力；大小等于物块刚开始运动时的最小拉力，方向与相对运动趋势的方向相反.

师:大家讨论归纳一下静摩擦力的特点.

生:一般静摩擦力的大小没有一个确定的值，类似上述情况，当物块不动处于平衡状态时，静摩擦力的大小随拉力大小的变化而变化，总是等于拉力的大小.静摩擦力的方向，总是沿接触面切线方向，跟物体间相对滑动趋势方向相反.静摩擦力增大到某数值后就不再增大了，这时静摩擦力达到最大值，叫做最大静摩擦力，用fm表示.最大静摩擦力的方向，也总是沿接触面切线方向，跟物体间相对运动趋势相反.

师:（微笑鼓励）刚才这位同学分析得很好，在一般情况下，如果两个相接触的物体之间存在着静摩擦力的作用，则并不一定处于最大静摩擦状态，最大静摩擦力等于使物体将要开始运动所需的最小推力.

师:对于静摩擦力，我们还要讨论几个问题，首先考虑第一个问题:静摩擦力能不能发生在运动的物体之间?

生1:我看不可以，因为这种摩擦力是静摩擦力.

生2:我不同意刚才这位同学的看法，静摩擦力中的“静”应该是指的相互接触并且有相对运动趋势的物体之间的摩擦力，它应该是指的相对静止.

师:对，静摩擦力中的“静”是指的相对静止.第二个问题是静摩擦力的大小如何确定？

生:可以根据平衡条件来做.

师:下面我们看这样一个例子.

【课堂训练】

用手握住一个油瓶（瓶始终处于竖直方向，如图3－3－1）.下列说法正确的是

图3－3－1

A.瓶中油越多，手必须握得越紧

B.手握得越紧，油瓶受到的摩擦力越大

C.不管手握得有多紧，油瓶受到的摩擦力总是一定的

D.以上说法都正确

答案:AC

解析:手握住油瓶，油瓶不掉落下来，表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶受到的重力平衡——静摩擦力的大小由瓶的重力（大小）决定；油瓶变重，它受到的静摩擦力必须随之增大，手握得紧一点，相应的最大静摩擦力值也就大一些，才能保障油瓶不会掉落下来；如果手握得不够紧，正压力不够大，最大静摩擦力小于油瓶的重力，油瓶就会掉下来.所以选项A正确.

手握得越紧，手与瓶之间的正压力越大，最大静摩擦力值也越大；但这时油瓶受到的是静摩擦力，是与油瓶重力平衡的静摩擦力，是一个定值——等于油瓶的重力.

可见，选项B错误，C正确；显然D也不正确.

师:继续刚才的分组实验，当拉力大于物体与地面间的最大静摩擦力时，物体的运动情况发生了怎样的变化？

学生继续做实验，仔细观察实验现象，并对实验现象进行解释.

生:物体由静止变为了运动.

师:这时候物体与地面之间还有没有摩擦力?如果有，是什么性质的摩擦力？

生:物体与地面之间仍然有摩擦力，不过摩擦力的性质由静摩擦力变为滑动摩擦力.

师:好，我们下面就来研究一下滑动摩擦力.

二、滑动摩擦力

师:请同学们阅读课文，结合上面的实验，然后说出什么叫做滑动摩擦，什么叫做滑动摩擦力.

生:从上面的实验可得出，两个相互接触的物体有相对滑动时，物体之间存在的摩擦叫做滑动摩擦.在滑动摩擦中，物体间产生的阻碍物体间相对滑动的作用力，叫做滑动摩擦力.

师:根据静摩擦力产生的条件，我们探究一下滑动摩擦力产生的条件是怎样的.

生:接触面粗糙的两个物体之间有弹力并且有相对运动.

动手实验，“感受摩擦力”

学生做身边的实验，感受与滑动摩擦力有关的因素，回答老师提出的问题.

【参考实验】在桌面上垫一张纸，把手压在纸上，然后手掌向前推，保持接触面的材料不变，在大小不同的压力下朝前推手掌（材料可以是纸、塑料、毛巾、木板、橡胶等）；然后保持压力不变，改变接触面的材料.

师:通过比较，感受滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关.

生:与正压力和接触面的粗糙程度有关.

师:下面我们自己设计一个实验，看一下滑动摩擦力到底与正压力之间的关系是什么.首先大家考虑一下实验器材的选择，然后探究如何用这些器材进行实验，也就是实验原理是什么，最后我们进行实验.

学生探究如何进行实验，包括实验器材的选择、实验过程的设计、实验数据的处理等等.

师:第一个问题，实验前你选择的器材是什么？

生:我们可以继续刚才那个实验，只不过是让木块运动起来.

师:对木块的运动情况有没有限制？

生:木块要匀速运动或缓慢地移动，因为只有这样才可以保持拉力等于滑动摩擦力.

师:是的，这一点一定要注意.实验过程中是如何改变木块对地面的压力的呢？

生:可以在木块上添加砝码.

师:实验数据是怎样进行处理的？

生:我们可以用表格的形式记录下在不同压力下物体做匀速运动的拉力大小，而在水平面上运动时物体对地面的压力大小等于物体的重力，所以我们要测量木块及砝码的重力从而得到木块对地面的压力.为记录数据设计的表格如下:

多媒体投影学生设计的表格

师:记录了数据以后是如何对数据进行处理的呢？

生1:可以用每组得到的摩擦力和对应的重力相比.

生2:可以作摩擦力f随压力FN变化的图象，如果图象是一条直线，说明二者成正比.

师:刚才两个同学的做法都很好，但是我还是建议用第二种做法，这样作出来的图象一目了然，很容易进行判断.如果你在测量中出现了错误的点，这个点可以在作图中舍去.以后大家要多采用图象的方法处理实验所得到的数据.

师:实验得到的结论是什么？

生:在其他条件不变的情况下物体与地面间的滑动摩擦力与物体对地面的压力成正比.

师:大家猜想一下滑动摩擦力还与什么因素有关？

生1:可能与接触面的面积有关.

生2:可能与物体运动的速度有关.

生3:可能与物体与接触面的粗糙程度有关.

师:下面大家就通过实验验证一下我们的猜想.

学生实验，教师巡回指导.

师:通过实验，我们能够得出什么样的结论？

生:物体与地面间的滑动摩擦力与接触面积无关，跟物体运动的速度大小无关，跟接触面的粗糙程度有关.

师:（总结）更为精确的实验表明:滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体间的垂直作用力成正比.如果用Ｆ表示滑动摩擦力的大小，用FN表示压力的大小，则有F=μFN，其中μ是比例常数（它是两个力的比值，没有单位），叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关，材料不同，两物体间的动摩擦因数也不同.动摩擦因数还跟接触面的情况（如粗糙程度）有关.

师:滑动摩擦力的方向是如何规定的？

生:滑动摩擦力跟物体相对运动方向相反.

师:（强调）需要注意的是，滑动摩擦力的方向虽然是跟相对运动方向相反，但是要把相对运动方向跟运动方向这两个概念区分开，不能混为一谈.

师:为了加强对滑动摩擦力的理解，我们看下面一个例题.

多媒体展示课本例题

注意:在例题讲解的过程中，教师一定要把分析问题的机会留给学生，不能越俎代庖，而应该循序渐进地引导学生形成正确的分析问题的方法，锻炼学生分析问题特别是受力分析的能力，为以后复杂的受力分析打下良好的基础.

【课堂训练】

1.如图3－3－2所示，在水平桌面上放一个重GA=20 N的物体A，A与桌面间的动摩擦因数μA=0.5，使这个物体沿桌面做匀速运动的水平拉为F为多少?如果在物体A上再加一个重GB=10 N的物体B，B与A之间的动摩擦因数μB=0.2.那么当A、B两物体以相同的速度沿桌面匀速滑动时，对物体A的水平拉力应为多大?此时物体B受到物体A的摩擦力是多大?

图3－3－2

解析:未放上物体B时，物体A对桌面的压力N1=GA，桌面对A的摩擦力大小为:

f1=μAN1=μAGA=0.5×20 N=10 N

所以水平拉力大小为F=f1=10 N

加上物体B后，N2=GA+GB，桌面对A的摩擦力大小为:

f2=μAN2=μA（GA+GB）=0.5×30 N=15 N

所以水平拉力是:F′=f2=15 N

由于A、B两物体间无相对滑动，且均做匀速运动，所以A、B两物体间不产生摩擦力，故B受到物体A的摩擦力等于0.

2.如图3－3－3所示，物体A叠放在小车B上，小车置于水平面上，分下列几种情况判断A受摩擦力的方向.

图3－3－3

（1）A、B一起以相同的速度向右匀速运动；

（2）A、B两物体原来静止，当小车B突然向右启动时，A、B仍相对静止；

（3）A、B两物体原来一起向右匀速运动，当小车B突然刹车时，A、B仍相对静止.

解析:（1）由于A匀速运动，如果受B对它向前的摩擦力的作用，则必有一个力去抵消这个摩擦力，但无论如何是找不到的，故A不受摩擦力作用.

（2）A受的摩擦力方向向右.采用“假设法”分析，当车向右启动时，如果A、B接触面光滑，A将相对B向左运动，所以A有相对B向左运动的趋势，故受静摩擦力方向向右.

（3）A受的摩擦力方向向左，因为A相对车有向右运动的趋势.

说明:静摩擦力的方向判断是本节的难点，这里只要求简单情况的判断，后面学了牛顿运动定律，可假设后通过计算来判断.

［小结］

摩擦力是物理教学中的难点，这节课突破难点的方法是利用我们身边随手可见的例子和简单的学生实验来进行的，一定要注意避免的是把知识点强加给学生，应该让学生自己去感受、去体会.滑动摩擦力这个概念的难点在于滑动摩擦力的方向和物体相对运动方向相反，而不是和物体运动方向相反，滑动摩擦力的计算等等.静摩擦力则更是一个难点集中的知识点，包括静摩擦力有无的判断、静摩擦力方向的判断、静摩擦力大小的判断等等，这些问题不可能在我们这一节课就能完全解释清楚，让学生全部了解，应该让学生先熟悉解决问题的基本方法，然后在以后的学习中逐步解决这些问题，因为静摩擦力不止一次地将会出现在将来的学习中.

［布置作业］

教材第65页问题与练习.

［课外训练］

1.如图3－3－4所示，在动摩擦因数为μ=0.1的水平面上向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个水平向左大小为10 N的拉力作用，则物体受到滑动摩擦力为（g取10 N/kg）

图3－3－4

A.10 N，向右   B.10 N，向左   C.20 N，向右   D.20 N，向左

2.一个重为200 N的物体，放在水平面上，物体与水平面的动摩擦因数μ=0.1，试计算该物体在下列几种情况下受到的摩擦力:

（1）物体开始时静止，用F=5 N的水平向右的力拉物体；

（2）物体开始时静止，用F=30 N的水平向右的力拉物体；

（3）物体开始以v=15 m/s的初速度向左运动，用F=15 N的水平向右的力拉物体.

3.试分析自行车在平直公路上匀速前进和自然滑行时，前后轮所受摩擦力的方向.

参考答案

1.答案:D

解析:这个问题学生容易犯的错误是认为摩擦力与物体受到的拉力F有关，从而选择错误的答案.出现错误的原因是学生搞不清摩擦力到底与物体受到的其他力有没有关系.

2.解析:因为F=μN=0.1×200 N=20 N，可认为最大静摩擦力Fm=20 N，所以静摩擦力的取值范围是0<F≤20 N.

（1）由于F=5 N＜Fm，物体仍静止，所受静摩擦力F静=5 N，方向水平向左.

（2）由于F=30 N＞Fm，所以物体相对平面向右运动.这时物体所受滑动摩擦力大小为F=μN=20 N，方向水平向左.

（3）由于物体向左运动，所受滑动摩擦力方向水平向右，大小仍为20 N.

3.解析:如图3－3－5所示，自行车匀速前进和自然滑行时，前后轮所受摩擦力分别应为:匀速前进时，由于人通过链条给后轮一个力，使后轮顺时针转动.设轮与地面接触处光滑，则轮应加速顺时针转动，说明轮有相对地面向后转动的趋势，由于静摩擦力的方向与物体的运动趋势方向相反，故后轮所受静摩擦力f1的方向向前，如图甲所示.前轮转动是由于前轮受到力的作用，若设前轮与地面接触处光滑，则前轮就不会转动，故前轮相对地面有向前的运动趋势，其所受摩擦力f2向后，如图3－3－5甲所示.自行车自然滑行时，人不再给后轮施加力的作用，由于惯性人和车应向前滑行，此时前、后轮的转动都是由于受到地面给它们施加了摩擦力作用，即前、后轮都有相对地面向前运动的趋势，前、后轮受的摩擦力都应向后，如图3－3－5乙所示.

图3－3－5

板书设计

3  摩擦力

活动与探究 

探究活动的主题1:研究与滚动摩擦有关的因素

探究活动的主题2:研究摩擦的利与弊