3.2 摩擦力

〖教材分析〗
高中物理的难点在于受力分析，而受力分析的难点又在于摩擦力有无的判断，学生在初中已经学习过摩擦力的只是没有很好的区分滑动摩擦力和静摩擦力的概念。本节课从摩擦力的定义、方向、大小、作用点四个方面来进行阐述，然后把两者进行对比，找出其中的联系与区别。在初中只是进行定量的描述，并没有拓展到有条件的描述，所以学生对静摩擦力的大小理解还不够，以及两者间的大小关系。因此本节课需要用许多演示实验动图，让学生体验和理解摩擦力。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：知道滑动摩擦力概念及产生的条件，会判断滑动摩擦力的方向。
科学思维：通过实验认识静摩擦力的规律，知道最大静摩摩擦力。
科学探究：让学生经历从静摩擦力到滑动摩摧力的研究过程，在此过程中培养学生的观察、实验和分析问题的能力。
科学态度与责任：能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能综合应用物理知识解决实际问题，指导工作和生活实践。
〖教学重点与难点〗
重点：1、滑动摩擦力的大小的计算以及方向判断。

静摩擦力有无的判断以及静摩擦力的方向的判断。
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。

难点：1、静摩擦力有无的判断以及静摩擦力的方向的判断。
2、静摩擦力的大小的计算。
〖教学方法〗
教师启发引导教学与探究法相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等。
〖教学准备〗
木块、弹簧测力计、多媒体课件。
〖教学过程〗
一、新课引入

通过多媒体课件动图展示：两端同时拉动，哪个先打成绳结儿？
通过猜想，估计不少人会觉得小的先打成绳结，但是实际是同时。原因是摩擦力不同，小的拉的比较紧所以摩擦力大，大的绳结接线开始变小，当两者一样大小后，再一起打成绳结。由此引入我们的课堂摩擦力。
教学设计说明：创设问题情境，激发探究动机，引导学生发现问题。

通过多媒体课件动图展示：用弹簧测力计拖动水平固定木板上的木块，使它做匀速运动，测力计的示数等于木块所受摩擦力的大小。改变木块和木板之间的压力，摩擦力的大小也随之改变。
如果摩擦力的大小跟压力的大小存在某种定量关系的话，它们可能是怎样的关系呢？
猜想会是：正比，反比，还是……
二、新课教学
（一）滑动摩擦力
通过多媒体课件动图展示：农村路滑。
所以我们知道，两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。
滑动摩擦力的滑，不是光滑的意思，是要滑动。所以只要物体发生相对运动就会有滑动摩擦力，不要和光滑联系起来。
从滑动摩擦力的定义上看，我们可以初步得到滑动摩擦力的产生原因是有相对运动。

根据力的三要素大小、方向和作用点，在滑动摩擦力的定义中我们可以得出三要素中的那些知识？
经过分析得知：滑动摩擦力的作用点在接触面上。
教学设计说明：增加课堂的趣味同时，引出滑动摩擦力的概念。
通过多媒体课件动图展示：两个毛刷互相搓。
观察毛刷的方向与毛刷的运动方向？为什么？
毛刷的方向总是和运动方向相反，我们知道运动状态的不同必然是受到力的作用，毛刷总是往另一个方向运动，说明那里有一个力拉住了它，这个力就是滑动摩擦力，那么这个方向就是滑动摩擦力的方向。
结论：滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。

注意： ①不要把“物体的相对运动方向”与“物体的运动方向”等同。相对的意思和参考系类似，物体相对运动指的是物体以与它接触的物体为参考系的运动方向，例如下图物块相对木板是向左运动的，所以它受到的滑动摩擦力的方向向右。

通过多媒体课件动图展示：摩擦力的方向和传送带。
②滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相反,也可能跟运动方向相同。
第一图可以看出滑动摩擦力的方向与物块的运动方向相反，第二图的滑动摩擦力方向与物块的相同。
通过多媒体课件动图展示：不同因素下摩擦力的大小实验。

我们还知道，滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小有关，对同一接触面来说，压力越大，滑动摩擦力越大；滑动摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度、材质等有关，在相同压力下，不同接触面间的滑动摩擦力的大小一般不同。
教学设计说明：化抽象为形象，课堂上没有那么多实验，增加这个，更加能够体现课堂的严谨性。
结论：影响摩擦力大小的因素，有弹力（压力 ）大小，粗糙程度和材料。
通过进一步的定量实验，测量同一接触面不同压力下的滑动摩擦力大小，结果表明：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。
如果用F_f,表示滑动摩擦力的大小，用F_压表示压力的大小，则有
F_f=μF_压
其中，μ是比例常数，叫作动摩擦因数。它的值跟接触面有关，接触面材料不同、粗糙程度不同，动摩擦因数也不同。
所以滑动摩擦力的三要素大小、方向和作用点就已经全部得出了。它的产生原因我们再提升细化，由影响摩擦力大小的因素，有弹力（压力）大小，粗糙程度和材料。我们可以推出
滑动摩擦力的产生原因：①相互接触，且挤压（有弹力），②接触面粗糙
③有相对运动。
接下来我们以木块在水平木板上滑动为例，木块所受的支持力为F_N。由于木块对木板的压力大小等于F_N，所以动摩擦因素μ也可以表示为

。F_f和F_N，所是接触面上木块所受的两个力，F_f在接触面内且与相对运动相反，F_N与接触面垂直。
不同的物体间动摩擦因素不一样是如图所示。

例题：在我国东北寒冷的冬季，有些地方用雪橇作为运输工具。一个有钢制滑板的雪橇，连同木料的总重为4.9×104N。在水平的冰道上，马要在水平方向上用多大的力，才能够拉着雪橇匀速前进？
解：（1）确定研究对象，构建模型
（2）对这个物体进行受力分析：
①竖直向下的重力mg；②地面对物体向上的支持力F_N；③水平向在右的拉力F_拉；水平向在左的摩擦力F_f。
由平衡条件知识有匀速运动的时候：上边的力等于下边的力，左右两边的力也相等。这些力可以是合力也可以是分力。
所以：雪橇受的重力mg=4.9×10⁴N，查表的μ=0.02。
mg=F_N和F_拉=F_f
所以：F_f=μF_N=μmg
带入数据得：F=μmg=0.02×4.9×10⁴N×10N/kg=980N
（二）静摩擦力

相互接触的物体处于相对静止时，是不是也可能存在摩擦力？
通过多媒体课件动图展示：推沙发。
观察动图可以看到人用平行于地面的力推沙发，沙发有相对地面运动的趋势，但它没有被推动，沙发与地面仍然保持相对静止。
对沙发进行受力分析，根据二力平衡的知识可知，这时一定有一个力与推力平衡。这个力与人对沙发的推力大小相等、方向相反。这个力就是沙发与地面之间的摩擦力。
由于这时相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，所以这时的摩擦力叫作静摩擦力。
那么我们怎了理解趋势呢？
根据新华字典的意思，趋势：表示事物发展的动向。所以相对运动的趋势可以简单理解为：“想动却又没动”或者“可以动，但还没动”。是指物体的位置本来要变化的，但是由于受到了静摩擦力，物体没有运动但假若一旦失去了静摩擦力，物体就会发生运动。
假设它没有摩擦力，看看它会怎么运动，如果运动的说明有摩擦力，如果不动则没有，假设法也就是用来判断摩擦力有无的依据。

在对推沙发进行受力分析，如果与推力（也就是运动趋势）相反的方向上没有摩擦力，沙发将会运动，与题意不符合。所以摩擦力的方向与推力相反。
静摩擦力的方向：总是跟物体相对运动趋势的方向相反。
由力的平衡知识来看，静摩擦力的大小有这样的描述：只要沙发与地面间没有产生相对运动，静摩擦力的大小就随着推力的增大而增大，并与推力保持大小相等。
也就是说静摩擦力不不是固定值：F_静=F_外
与滑动摩擦力相比，静摩擦力的产生原因是：①相互接触，且挤压（有弹力），②接触面粗糙，③有相对运动趋势。不同的地方就在于一个已经运动了一个没有运动。
接下来我们通过实验再深入研究静摩擦力的大小。
演示：静摩擦力的大小随拉力的变化（阅读）
把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块。在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动，此种情况下静摩擦力等于拉力。
在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标记（图3.2-4)。继续用力，当拉力达到某一数值时木块开始移动，此时拉力会突然变小。

如果用力传感器代替弹簧测力计做这个实验，能够在计算机屏幕上直接得到拉力随时间变化的F-t图像(图3.2-5)。
通过多媒体课件动图展示：静摩擦力的大小随拉力的变化。观察动图可以看到静摩擦力的大小随着拉力的增加而增加，当大到一定的值后突然减小，这时物体开始运动的，静摩擦力变成滑动摩擦力了，且保持不变。
作出拉力摩擦力图像，在相应的图线的位置标好，摩擦力的大小。
教学设计说明：通过实验来剖析，滑动摩擦力与静摩擦力之间的联系有图有真相，比较好分析，也能很好的与课本照应。为学生提供具体生动的感性材料，增强感性认识的同时，使得学生发生认知冲突，萌发探索、发现新知的欲望。
静摩擦力的增大有一个限度。图中木块所受静摩擦力的最大值F在数值上等于物体即将开始运动时的拉力。两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力F_max之间，即：
0<F≤ Fmax
通过多媒体课件动图展示：传送带。
瓶子可以拿在手中，靠的是静摩擦力的作用。皮带运输机能把货物送往高处，也是静摩擦力作用的结果。
课题练习1：所受重力为100N的木箱放在水平地板上，至少要用35N的水平推力，才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后，用30N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速直线运动。由此可知：木箱与地板之间的最大静摩擦力F_max=______ ；木箱所受的滑动摩擦力F_f = ______ ，木箱与地板之间的动摩擦因数μ=______；如果用20N的水平推力推这个静止的木箱，木箱所受的摩擦力大小为____。
解：（1）由题，当要用35N的水平推力时，木箱才能从原地开始运动，则此时水平推力恰好等于最大静摩擦力，所以木箱与地板间的最大静摩擦力为35N。

（2）用30N的水平推力，使木箱继续做匀速运动，则匀速有上下左右的力相等的平衡条件得到，木箱受到的滑动摩擦力：F_f=30N。

（3）因为mg=F_N和F_f=μF_N
所以

代入数据得：

（4）木箱静止有摩擦力等于同方向上的外力，为20N。
〖板书设计〗
3.2摩擦力

一、滑动摩擦力
1、定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。
2、方向：滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反。
3、影响摩擦力大小的因素：弹力（压力）大小，粗糙程度和材料。
4、大小：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。F_f=μF_压
二、静摩擦力
1、定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，所以这时的摩擦力叫作静摩擦力。
2、方向：总是跟物体相对运动趋势的方向相反。
3、大小：静摩擦力的大小就随着推力的增大而增大，并与推力保持大小相等。

_静=F_推。

三、两者的联系：0<F_静≤ F_max
〖教学反思〗

本课难点较多，且都是抽象难以理解的，探究任务重，使得一些探究活动不能够让学生充分的体会和理解，显得非常仓促。比如摩擦力的方向判断较为复杂，课上没有足够的时间，所以就需要学生在课后多进行练习与理解。所以本节课应该安排1.5课时才够用。

2、本节课中插入大量的动图帮助学习，许多重难点都是在动图的引导下得出结论的。充分利用了先进的教学成果，他山之石可以攻玉，引用借鉴别人的优秀成果的基础上在进行补充，达到符合自己的学情的课堂。
3、在刚引入摩擦力环节应该使学生重点理解相对运动，为后面的相对运动的趋势做铺垫。本节课还有平衡的知识，这是下一节的内容。这里可以结合生活经验来理解学习。只有把难点分散开来，贯穿到整个教学中，才能使学生层层理解和接受。

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3.2摩擦力— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一册教案

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