物理摩擦力实验教案与学案设计

物理摩擦力实验教案与学案设计引言摩擦力是物理学中力学部分的基础概念，也是日常生活和工程实践中普遍存在的物理现象。通过实验探究摩擦力的影响因素，不仅能帮助学生深化对摩擦力概念的理解，更能培养其观察、分析、动手操作及科学探究能力。本设计旨在提供一套系统、可操作的摩擦力实验教案与配套学案，以期引导学生在亲身体验中构建知识，提升科学素养。一、教案设计（一）实验名称探究影响滑动摩擦力大小的因素（二）所属学段及学科初中物理/高中物理（基础版）（三）课时安排1课时（约45分钟）（四）教学目标1.知识与技能：学生能准确描述滑动摩擦力的定义；通过实验探究，理解并能阐述影响滑动摩擦力大小的两个主要因素——压力大小和接触面的粗糙程度；初步学习使用控制变量法研究物理问题。2.过程与方法：学生经历“提出问题—猜想与假设—设计实验—进行实验与收集证据—分析与论证—交流与评估”的科学探究过程；学习正确使用弹簧测力计测量滑动摩擦力的方法；培养团队协作能力和实验操作技能。3.情感态度与价值观：通过探究活动，激发学生对物理现象的好奇心和求知欲；培养实事求是的科学态度和严谨细致的实验习惯；认识到物理知识在生活中的广泛应用，体会科学探究的乐趣与价值。（五）教学重难点1.重点：探究滑动摩擦力大小与压力大小、接触面粗糙程度的关系；控制变量法的应用。2.难点：如何准确测量滑动摩擦力的大小（即如何保证物体做匀速直线运动，并正确读取弹簧测力计示数）；实验数据的分析与结论的科学归纳。（六）实验原理根据二力平衡条件，当物体在水平面上做匀速直线运动时，水平方向上受到的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，它们大小相等。因此，用弹簧测力计沿水平方向拉着物体做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数就等于物体受到的滑动摩擦力的大小。（七）实验器材教师用：多媒体课件（包含生活中摩擦力现象图片、实验原理动画等）、弹簧测力计（已校零）、木块、木板、砂纸、砝码、毛巾、玻璃板、长木板（或水平实验台）。学生用（分组）：弹簧测力计（已校零）、带挂钩的木块（或长方体物块）、长木板（作为接触面之一）、砂纸（或其他粗糙程度不同的材料，如毛巾、玻璃板）、砝码（若干）、镊子（夹取砝码用）、实验报告表（学案的一部分）。（八）教学过程1.创设情境，导入新课（约5分钟）*教师活动：展示几幅与摩擦力相关的生活图片或短视频（如推箱子、人走路、擦黑板、滑雪等），提问：“这些现象中都涉及到一种阻碍物体相对运动的力，大家知道是什么力吗？”引导学生说出“摩擦力”。*教师引导：“摩擦力在我们生活中无处不在，有时它帮助我们，有时它也会带来不便。那么，摩擦力的大小与哪些因素有关呢？我们又该如何测量它？今天，我们就通过实验一起来探究这个问题。”（板书课题：探究影响滑动摩擦力大小的因素）2.新课讲授与实验探究（约30分钟）*提出问题与猜想假设（约5分钟）*教师提问：“根据你的生活经验，你认为滑动摩擦力的大小可能与哪些因素有关？请说出你的猜想，并尝试说明理由。”*学生活动：思考并积极发言，可能提出的猜想有：与物体的重量（压力）有关、与接触面的粗糙程度有关、与物体运动速度有关、与接触面积大小有关等。*教师梳理：将学生提出的猜想记录在黑板上，引导学生对这些猜想进行初步的合理性分析，聚焦到“压力大小”和“接触面粗糙程度”这两个主要因素上，并指出其他因素（如速度、接触面积）在初中阶段可暂不深入或作为课后拓展。*设计实验方案（约7分钟）*教师引导：“要验证我们的猜想，最科学的方法就是实验。大家想一想，我们应该如何设计实验来分别探究滑动摩擦力与压力大小、接触面粗糙程度的关系呢？”*核心方法：强调“控制变量法”的重要性。“当我们研究一个物理量与多个因素的关系时，通常只改变其中一个因素，而保持其他因素不变，这种方法叫做控制变量法。”*学生讨论：分组讨论，设计实验方案。教师巡视指导，帮助学生明确：*探究与压力关系：保持接触面粗糙程度不变，改变压力大小（如在木块上加减砝码）。*探究与接触面粗糙程度关系：保持压力大小不变，改变接触面的粗糙程度（如在木板上分别铺上砂纸、毛巾或直接用玻璃板）。*测量方法讨论：“如何准确测量滑动摩擦力的大小呢？”引导学生回忆二力平衡知识，得出实验原理（如实验原理所述）。*教师演示：正确使用弹簧测力计的方法（校零、拉力方向与木板平行、匀速拉动），强调“匀速直线运动”的重要性及其判断。提醒学生注意观察和记录数据。*学生分组实验与数据收集（约15分钟）*教师分发实验器材和学案（含数据记录表）。*学生活动：按照设计的方案进行实验，分工合作（如一人操作、一人读数、一人记录、一人监督）。教师巡视各组实验情况，及时指导学生规范操作，解决实验中出现的问题（如弹簧测力计示数不稳定如何处理、如何更稳定地实现匀速拉动等）。*实验内容建议：1.木块在木板上运动（压力为木块重力），测量滑动摩擦力。2.木块上添加一个砝码后在木板上运动，测量滑动摩擦力。3.木块（不加砝码）在铺有砂纸的木板上运动，测量滑动摩擦力。（可根据时间和学生能力，增加在毛巾或玻璃板上的实验，或探究接触面积是否有关的实验）*数据处理与分析论证（约5分钟）*学生活动：各组整理实验数据，根据数据进行分析比较。*教师引导：“比较1、2两次实验数据，在接触面粗糙程度相同的情况下，压力增大，滑动摩擦力如何变化？”“比较1、3两次实验数据，在压力相同的情况下，接触面越粗糙，滑动摩擦力如何变化？”*学生归纳：得出初步结论。3.交流评估与总结（约7分钟）*交流与评估：邀请几组学生代表分享实验数据、现象和得出的结论。教师引导其他学生进行评价和补充。讨论实验中遇到的困难、可能存在的误差及改进方法。*得出结论（板书）：*滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力有关：接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。*滑动摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关：压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。*教师补充：简要说明滑动摩擦力与物体运动速度和接触面积大小无关（在初中阶段的一般情况下）。4.课堂小结与作业布置（约3分钟）*课堂小结：回顾本节课的探究过程、实验方法（控制变量法）和主要结论。强调摩擦力的“两面性”及其在生活中的应用（如增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法）。*作业布置：*完成学案上的“问题与讨论”和“学习反思”部分。*观察生活中增大和减小摩擦力的实例，各举两例，并尝试解释其原理。*思考：如果要测量一个静止在斜面上的物体所受的静摩擦力，该如何设计实验？（九）板书设计探究影响滑动摩擦力大小的因素1.滑动摩擦力：阻碍物体相对运动的力。2.测量原理：二力平衡（匀速拉动时，F拉=f摩）3.猜想：压力？粗糙程度？…4.实验方法：控制变量法5.实验结论：*接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。*压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。6.应用：增大有益摩擦，减小有害摩擦。二、学案设计探究影响滑动摩擦力大小的因素（学案）班级：________姓名：________学号：________日期：________【学习目标】1.通过实验，体验滑动摩擦力的存在，能说出滑动摩擦力的定义。2.学习使用弹簧测力计测量滑动摩擦力的方法。3.经历探究过程，能归纳出影响滑动摩擦力大小的两个主要因素。4.初步学习控制变量法在科学探究中的应用。5.认识到摩擦力在生活中的重要性，培养实事求是的科学态度。【实验原理回顾】当用弹簧测力计沿水平方向拉着物体在水平面上做________运动时，弹簧测力计对物体的拉力与物体受到的滑动摩擦力大小________，因此，此时弹簧测力计的示数就等于物体受到的滑动摩擦力的大小。【实验器材】弹簧测力计、带挂钩的木块、长木板、砂纸（或毛巾/玻璃板）、砝码、镊子、数据记录表。【实验猜想】根据生活经验，我猜想滑动摩擦力的大小可能与________________和________________有关。（也可写下你认为可能的其他因素）【实验步骤引导】1.检查弹簧测力计是否校零，观察其量程和分度值。2.探究滑动摩擦力与压力大小的关系：*将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块，读出弹簧测力计的示数F1，记入表格。*在木块上放上一个砝码，重复上述操作，读出弹簧测力计的示数F2，记入表格。（思考：本步骤中，我们控制不变的因素是________，改变的因素是________。）3.探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系：*保持木块上不加砝码（即压力与步骤2中第一次相同），将长木板更换为铺有砂纸的木板（或直接在桌面上铺毛巾/玻璃板），用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块，读出弹簧测力计的示数F3，记入表格。（思考：本步骤中，我们控制不变的因素是________，改变的因素是________。）4.（可选）若探究与接触面积的关系：将木块侧放（或竖放）在长木板上，不加砝码，重复步骤2中第一次操作，读出弹簧测力计的示数F4，记入表格。【数据记录与处理】实验次数实验条件弹簧测力计示数F/N（即滑动摩擦力f/N）:-------:-------------------------------------------:------------------------------------1木块在木板上（压力：木块重力G）________2木块+一个砝码在木板上（压力：G+G砝）________3木块在砂纸（或毛巾/玻璃板）上（压力：木块重力G）________4（可选）木块侧放/竖放在木板上（压力：木块重力G）________【实验现象与分析】1.比较实验1和实验2的数据，我发现：当接触面粗糙程度相同时，压力增大，滑动摩擦力________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。2.比较实验1和实验3的数据，我发现：当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。3.（若做了实验4）比较实验1和实验4的数据，我发现：滑动摩擦力的大小与接触面积大小________（选填“有关”或“无关”）。（初中阶段，在压力和粗糙程度相同时）【实验结论】通过本次实验探究，我得出的结论是：滑动摩擦力的大小与________________和________________有关。具体关系是：（1）________________________________________________；（2）________________________________________________。【问题与讨论】1.在实验中，为什么必须沿水平方向匀速拉动木块？如果没有做到匀速，会对测量结果产生什么影响？（例如，拉动速度越来越快时，示数偏大还是偏小？）_________________________________________________________________________2.你在实验过程中遇到了哪些困难？是如何解决的？或者有什么改进的建议？_________________________________________________________________________3.结合生活实例，说说哪些地方需要增大摩擦力，哪些地方需要减小摩擦力？分别采用了什么方法？（各举一例）增大摩擦：________________________________________________减小摩擦：________________________________________________【学习反思】1.通过本次实验，我学到了哪些知识和方法？_________________________________________________________________________2.在实验探究中，我最大的收获是什么？_________________________________________________________________________3.还有哪些问题我不太清楚，需要课后进一步学习或与老师同学交流？_________________________________________________________________________三、使用建议1.本教案与学案设计主要针对初中物理教学，高中物理基础年级亦可参考，并可适当增加数据处理的要求（如计算动摩擦因数）和实验的深度。2.实验前，教师应确保学生已掌握二力平衡的知识，并对弹簧测力计的使用方法进行复习或简要讲解。3.“匀速拉动”是实验成功的关键，教师可在学生实验前进行演示，并强调其重要性。实际操作中，学生可能难以保持严格的匀速，可引导学生观察弹簧测力计示