3磨擦力
整體設計
磨擦力是熱學中的三大性質力之一，正確認識磨擦力對前面知識的學習有著至關重要的作用.在磨擦力這節課中，要求會計算滑動磨擦力的大小和判定其方向，以及靜磨擦力的大小和方向的判定.班主任在教學過程中要將中學生在中學所學過的相關概念與本節內容相結合，與生活中的實例相結合，逐漸引導、循循善誘，對兩種磨擦力的大小和方向判斷有個清晰的認識.在探究過程中要充分借助小學二力平衡的知識，在物體從靜止到運動的過程中認識靜磨擦力和滑動磨擦力大小變化情況，使中學生的認識從感性到理智發生質的變化.對于動磨擦質數的教學最好通過實驗讓中學生探究得出.因為本節課的特性，在整個教學過程中要充分彰顯新課標的探究精神，讓中學生多用所學知識闡明生活中的相關現象本質.
教學重點
1.滑動磨擦力的大小及方向的判定.
2.靜磨擦力的有無及方向的判定.
3.靜磨擦力形成的條件及規律.
教學難點
1.靜磨擦力有無的判定和方向的判定.
2.靜磨擦力大小的估算.
課時安排
3課時
三維目標
知識與技能
1.曉得哪些是靜磨擦力、最大靜磨擦力、滑動磨擦力.
2.能估算靜磨擦力、滑動磨擦力的大小并會判定它們的方向.
過程與技巧
1.中學生通過設計實驗，并使用控制變量法對影響滑動磨擦力青河磨擦力大小的誘因進行實驗探究.
2.培養中學生的邏輯思維能力,培養中學生借助知識解決實際問題的能力.
情感心態與價值觀
通過靜磨擦力的探究過程，培養中學生科學的思想方式.
課前打算
教具打算:鐵塊、彈簧秤、木板、毛巾、紙、鋼板、砂紙、水等.
知識打算:收集有關的磨擦力信息.
教學過程
導出新課
活動導出
打算兩只碗，分別裝入數目較多的玻璃小球，一只碗內是光滑干凈的，另一只碗內是粘有塵土的.請兩個朋友把玻璃球從碗中用牙簽夾下來，賽事看誰夾得快.之后讓兩位朋友分別說出自己的看法,進而引出磨擦力的問題.
情境導出
(講義展示)播放運動員滑冰的錄象,如圖3-3-1,讓中學生說出滑冰要求的環境條件，之后導
出磨擦力的概念.
圖3-3-1
問題導出
粉筆在黑板上可以寫出字來,在玻璃上寫得下來嗎?試試看.想想若在外邊的柏油橋面上用粉筆寫字又會有何不同?為何？你覺得磨擦力是一種哪些樣的力？
讓中學生用自己的語言表述磨擦力.
推動新課
中學生在中學階段早已學習過磨擦力，通過直接提問使中學生追憶并表述磨擦力的概念.
概念：兩個互相接觸的物體，當它們發生相對運動或具有相對運動的趨勢時，都會在接觸面上形成制約相對運動或相對運動趨勢的`力，這些力稱作磨擦力.本節課就來深入研究磨擦力.
請中學生做個小實驗：要求中學生用逐步減小的水平力推進在課室中放置的椅子，直至推進一段距離.(設計意圖:讓中學生感受并剖析出課桌遭到推力和磨擦力的作用，使中學生形成對靜磨擦力和滑動磨擦力的感性認識)
中學生活動:中學生按老師要求推椅子，并體會推力大小變化.
問題：為何使勁推椅子而椅子不一定運動？為何想讓椅子繼續運動還要繼續推？
初步引出對靜磨擦力和滑動磨擦力的感性認識.
一、靜磨擦力
由使勁推椅子而不動，師生討論引導出靜磨擦力的概念：兩個互相接觸的物體之間有相對運動趨勢而又保持相對靜止時,在接觸面間所形成的制約相對運動趨勢的力叫靜磨擦力.
問題：靜磨擦力是一恒定的力嗎？如何求靜磨擦力的大小？如何判定靜磨擦力的方向？
【實驗探究】在水平桌面上放一鐵塊，用彈簧測力計沿水平方向用較小的力拉鐵塊但保持鐵塊不動，并不斷平緩地減小拉力.注意提示中學生觀察彈簧秤的示數變化.
實驗如圖3-3-2：
圖3-3-2
實驗現象：我們可以看見隨著拉力的減小，彈簧秤的示數不斷減小.
推論：由二力平衡的知識可以曉得，鐵塊遭到的靜磨擦力大小等于彈簧秤的拉力，方向和拉力的方向相反.所以靜磨擦力不是一固定值，它隨外力的變化而變化，總是和外力大小相等、方向相反.
繼續試驗：在彈簧測力計表針下輕塞一個小紙團，它可以隨表針聯通，并作為表針抵達最大位置的標志.在剛剛實驗的基礎上繼續使勁，當拉力達到一定的值時鐵塊開始聯通，此時拉力會忽然變小.要求中學生記下剛剛的最大值.
推論：靜磨擦力的減小有一個限度，這個限度就是最大靜磨擦力Fmax，其值等于物體剛才開始運動時的拉力.兩物體間實際發生的靜磨擦力F在0與最大靜磨擦力Fmax之間.
問題：最大靜磨擦力的大小和哪些誘因有關呢？（班主任提出問題，由中學生自主設計實驗驗證最大靜磨擦力大小的決定誘因）
中學生活動:中學生設計實驗并探究，整理剖析實驗數據.
參考設計：
1.裝置如前面的實驗，在鐵塊里面降低砝碼，驗證在不同的壓力作用下的最大靜磨擦力的大小；保持壓力不變，分別在桌面上、棉布面上、毛巾面上驗證最大靜磨擦力的值.
2.用手握一油瓶，手的臂力正好促使油瓶不下落，此時最大靜磨擦力等于瓶的重力.不斷降低瓶中的油，要想瓶恰不滾落，應當降低手的臂力即壓力,由此判定最大靜磨擦力和壓力的關系.換用不同粗糙程度的杯子做實驗，驗證最大靜磨擦力和接觸面的粗糙程度的關系.
活動:中學生交流討論并得出推論:
1.靜磨擦力大小值并不惟一；
2.最大靜磨擦力與壓力和接觸面有關系.
引導中學生說一下生活中和生產中借助靜磨擦力的例子.
（教案展示）圖片示例：
圖3-3-3
課堂訓練（教案展示）
1.有關靜磨擦力的說法中正確的是（）
A.只有靜止的物體才受靜磨擦力B.靜磨擦力與壓力成反比
C.靜磨擦力可能與運動方向垂直D.靜磨擦力的方向與物體運動方向一定相反
解析：受靜磨擦力作用的物體不一定靜止，故A錯.靜磨擦力的大小與壓力無關，而與物體的運動狀態及所受其他力的情況有關，故B錯.靜磨擦力的方向可與運動方向成任意角度，故C正確.靜磨擦力的方向與運動方向無關，但一定與相對運動方向相反，故D錯.
答案：C
2.如圖3-3-4所示，用外力F水平壓在質量為m的物體上（設受力F的面絕對光滑），恰管用物體靜止，此時物體與墻之間的磨擦力為；假如F減小為3F，物體與墻之間的磨擦力為.
圖3-3-4
解析：物體受向上的重力為mg，由二力平衡條件知靜磨擦力大小也為mg摩擦力的方向判斷摩擦力的方向判斷，方向向下，當推力增為3F時，物體重力不變，則靜磨擦力也不變.
答案：mgmg
二、滑動磨擦力
概念：當一個物體在另一個物體表面上滑動的時侯，會遭到另一個物體制約它滑動的力，這些力稱作滑動磨擦力.滑動磨擦力的方向總是順著接觸面，而且跟物體的相對運動方向相反.（可以通過備考追憶得出，或則通過演示實驗總結得出，也可以直接給出）
（提出要求）借助教材演示實驗儀器設計實驗，定量研究影響滑動磨擦力大小的誘因.（設計意圖：使中學生意識到應采用控制變量法進行多變量的研究；使中學生感受磨擦力的大小的影響誘因）
1.引導中學生進行實驗原理的探究.
(中學生活動:思索并交流討論得出借助二力平衡定量檢測滑動磨擦力的大小)
2.引導中學生進行實驗方式的探究
(中學生活動:思索并交流討論得出控制變量法)
3.組織中學生借助已有器材進行實驗探究
(中學生活動:中學生進行分組實驗探究)
4.要求中學生設計表格記錄數據，并通過對數據的剖析初步得出自己的推論.
(中學生活動:展示自己的數據，并對數據進行剖析，最終定量得出壓力與滑動磨擦力的關系，對動磨擦質數有定性的認識)（設計意圖：培養中學生實驗數據的剖析處理能力）
小結：滑動磨擦力的估算公式f=μN.（設計意圖：訓練中學生語言抒發及邏輯推理能力）
介紹動磨擦質數的化學意義及常見材料間的動磨擦質數.
教案展示：
幾種材料間的動磨擦質數
材料動磨擦質數材料動磨擦質數
鋼—鋼0.25鋼—冰0.02
木—木0.30木頭—冰0.03
木—金屬0.20橡膠內胎—路面（干）0.71
皮革—鑄鐵0.28
例題.滑冰是南方地區人們喜愛的一種運動.有的地方人們用鹿拉滑雪板進行滑冰大賽.已知滑雪板與冰層間的動磨擦質數為0.02，滑雪板和人的總質量為180kg.假如鹿拉著滑雪板做勻速直線運動，求鹿的拉力大小.
解析：因為滑雪板做勻速直線運動，可知鹿的拉力F與滑動磨擦力的大小相等，即F=f.同時，滑雪板與冰層的壓力N與滑雪板和人的重力相等，即N=G.
由滑動磨擦力公式，可求出鹿的拉力大小為
F=f=μN=μMg=0.02×180×9.8N=35.3N.
答案:35.3N
課堂訓練
質量為2kg的物體，靜止在水平面上.物體與地面間的動磨擦質數為0.5，最大靜磨擦力與滑動磨擦力大小視為相等.給物體一水平拉力.
(1)當拉力大小變為5N時，地面對物體的磨擦力是多大？
(2)當拉力大小變為12N時，地面對物體的磨擦力是多大？
(3)隨后若將拉力又減少為5N（物體仍在滑動），地面對物體的磨擦力是多大？
(4)若撤掉拉力，在物體繼續滑動的過程中，地面對物體的磨擦力是多大？（取g=10N/kg）
解析：（1）當拉力F=5N時，F＜fmax,物體沒有滑動，地面對物體的磨擦力為靜磨擦力,f=F=5N；
（2）當拉力F=12N時，F＞fmax,物體滑動上去，地面對物體的磨擦力為滑動磨擦力F滑=μN=μmg=0.5×2×10N=10N；
（3）當拉力又減少為5N時，因為物體仍在地面上滑動，所以物體遭到地面的磨擦力仍是滑動磨擦力，所以仍是10N；
（4）當拉力撤掉后，因為物體繼續在地面上滑動，物體遭到地面的磨擦力仍是滑動磨擦力，所以仍為10N.
答案：（1）5N（2）10N（3）10N（4）10N
知識拓展
減小有益磨擦：
1.降低物體表面的粗糙程度.如：鞋面、車車胎、各種旋鈕表面都有花紋.
2.減小壓力.如：電動機的皮帶拉得很緊，便于減小壓力來減小磨擦力，避免皮帶抱死.
減少有害磨擦：
1.用滾動磨擦取代滑動磨擦：用滾動軸承取代滑動軸承.
2.減少表面粗糙程度：加潤滑油.
課堂小結
1.兩個相互接觸的物體，當它們要發生或早已發生相對運動時，在接觸面上形成一種制約物體間相對運動的力，叫磨擦力.
靜磨擦力滑動磨擦力符號及單位
形成緣由表面粗糙有擠壓作用的物體間具有相對運動趨勢時表面粗糙有擠壓作用的物體間發生相對運動時磨擦力用f表示
單位:牛頓
簡稱:牛
符號:N
大小仍然與外力順著接觸面的份量相等f=μN
方向與相對運動趨勢相反與相對運動方向相反
2.磨擦力的大小與壓力大小有關，跟物體間接觸面的粗糙程度有關.
常用減小壓力和使接觸面更粗糙的方式減小有益磨擦.減少有害磨擦的方式有:使磨擦面光滑，用滾動取代滑動，使磨擦面脫離接觸（加潤滑油、氣墊）這三種方式.
布置作業
1.教材第62頁，“問題與練習”2、3.
2.教材第60頁“做一做”.
板書設計
3磨擦力
1.磨擦力形成的條件
（1）接觸面粗糙
（2）在接觸面上有垂直作用的正壓力
（3）有相對運動或則有相對運動趨勢
2.靜磨擦力
（1）變力:0＜F靜≤Fmax
（2）方向：靜磨擦力的方向總跟接觸面相切，而且跟物體相對運動趨勢的方向相反
3.滑動磨擦力
（1）大小：F=μFN
（2）方向：滑動磨擦力的方向總是與接觸面相切，且與相對運動方向相反
活動與探究
1.設計實驗檢測紙面間的動磨擦質數.
2.觀察單車上什么地方存在磨擦，其中什么是有益的，什么是有害的，你能想出什么辦法來減小或減少它們.
自主設計實驗.包括選擇實驗器材、設計實驗步驟,并設計、寫出實驗報告.
習題解讀
1.解答:手壓著桌面向前移動時,手遭到桌面的滑動磨擦力作用.滑動磨擦力的方向與右手聯通的方向相反,制約右手的運動.手對桌面的壓力越大,右手遭到的滑動磨擦力越大,對手指相對桌面運動的制約作用越顯著.
2.解答:(1)不受.由于杯子與桌面之間沒有相對運動的趨勢.
(2)受靜磨擦力作用,靜磨擦力的方向沿桌面斜向上.
(3)受靜磨擦力作用,靜磨擦力的方向豎直向下(杯子處于豎直狀態).
(4)受滑動磨擦力作用,磨擦力的方向沿字條相對杯子的運動方向.
3.答案:35N30N0.320N
設計點評
本節重點是理解動磨擦質數的意義和滑動磨擦力大小的估算和方向的判斷.難點是對靜磨擦力的理解，尤其是靜磨擦力方向和大小的確定.教學中通過大量的實例，并利用受力剖析等方式來突破.靜磨擦力是因為物體間具有相對運動趨勢而形成的，其方向與相對運動趨勢相反.怎么判斷靜磨擦力的方向?通過假定物體間不存在磨擦力，這么在其他力的作用下物體將往哪些方向運動去思索確定.教學時非常注意了對于靜磨擦力大小與所受外力及所處運動狀態的關系.設計中基本遵照問題—理論—問題的模式進行.
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