初三物理一轮复习精讲教案：实验突破-探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关

初三物理一轮复习精讲教案：实验突破——探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关

一、教学背景分析

（一）课题定位与价值

本节课是针对九年级学生在中考物理第一轮复习中设计的专项突破课，聚焦于力学板块的核心探究实验——“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”。该实验是课程标准中规定的必做学生实验，涵盖了科学探究的多个核心要素，如提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析论证、评估与交流。它不仅是对重力、弹力、二力平衡等前置知识的综合应用，更是培养学生控制变量思想、转换法思维、科学推理与论证能力的关键载体。在中考命题中，该实验属于【高频考点】和【难点】，命题角度多变，既能考查基础知识的再现，更能深度考查学生的实验设计能力、误差分析能力以及知识迁移能力。

（二）学情分析

九年级学生已完成了全部初中物理知识的新课学习，具备了一定的力学基础，对摩擦现象有丰富的感性认识，也能初步说出影响滑动摩擦力大小的可能因素。但在复习阶段，我们需清醒地认识到学生存在的主要问题：其一，对实验原理（二力平衡）的理解不够深刻，容易在“如何测量滑动摩擦力”的操作细节上出错；其二，控制变量法的表述不规范，逻辑不严密；其三，面对改进型实验或创新实验装置时，心理上存在畏难情绪，不知如何入手分析。因此，本节课的复习重点不在于简单的知识重现，而在于对实验的全方位、深层次解构与重构，帮助学生打通知识间的内在联系，形成解决此类问题的思维模型。

（三）核心素养目标

1.物理观念：深入理解滑动摩擦力产生的条件、方向和作用点，强化相互作用观念和平衡观念。能够在具体情境中准确判断滑动摩擦力的方向，并能基于二力平衡条件分析其大小。

2.科学思维：熟练运用控制变量法设计实验方案，分析实验数据，得出科学结论。掌握转换法在测量摩擦力大小中的应用，能够对实验误差进行初步的推理与评估。通过分析不同实验装置的优缺点，培养批判性思维和模型建构能力。

3.科学探究：能够针对“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”提出可探究的科学问题。能够独立或合作完成实验操作，规范记录数据，并基于证据得出结论。能够在交流中发现新问题，提出改进意见。

4.科学态度与责任：在实验探究中养成严谨认真、实事求是的科学态度。通过小组合作，培养团队协作精神。通过对摩擦现象的分析，认识物理与生活、生产的紧密联系。

二、教学目标

1.知识与技能目标：

学生能准确说出滑动摩擦力的概念及其产生条件。

学生能熟练运用二力平衡原理，设计测量滑动摩擦力大小的实验方案。

学生能通过实验，总结出滑动摩擦力大小与压力大小和接触面粗糙程度的关系，并能用规范的语言表述。

学生能识别并区分“压力”与“重力”在实验情境中的关系。

2.过程与方法目标：

通过回顾经典实验，重温控制变量法和转换法的应用。

通过对实验细节的深入剖析（如水平拉动、匀速运动、弹簧测力计读数等），提升实验操作的严谨性。

通过对新型实验装置的对比分析，培养知识的迁移应用能力和创新意识。

3.情感、态度与价值观目标：

在解决实验难题的过程中，体验科学探究的曲折与乐趣。

通过对摩擦力的认识，辩证地看待摩擦力在生活中的利与弊，树立辩证唯物主义世界观。

三、教学重难点

（一）教学重点

1.实验原理的理解与运用：深刻理解利用二力平衡知识测量滑动摩擦力的思想。这是实验得以进行的【基础】，也是整个探究的逻辑起点。

2.控制变量法的设计与实施：明确实验中有哪些变量，如何控制这些变量，如何改变自变量，如何观测因变量。这是科学探究能力的【核心】体现。

3.实验结论的归纳与总结：能够准确、完整地写出实验结论，即滑动摩擦力大小与压力大小有关，与接触面粗糙程度有关，与接触面积、运动速度等无关。

（二）教学难点

1.实验操作的精确性控制：实验中要求弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动，在实际操作中很难严格保证“匀速”和“水平”，由此带来的误差分析是学生理解的【难点】。

2.实验方案的改进与创新：面对课本实验的固有缺陷，如何引导学生思考并设计出更优的实验方案（如改进为弹簧测力计固定、拉动木板的方式），这要求学生必须具备较高的思维水平和综合分析能力。

3.对“压力”的准确辨析：当物体放在水平面上时，压力大小等于重力大小，但这并不意味着压力就是重力。在斜面或受到其他外力时，学生能否准确分析出压力是另一大【难点】。

四、教学准备

（一）教师准备

1.多媒体课件：包含实验原理动画、实验操作步骤视频、典型中考例题、改进型实验装置示意图。

2.演示实验器材：一套完整的“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的演示器材，包括弹簧测力计、带挂钩的木块（各个面光滑程度相同）、砝码一盒、长木板、棉布、毛巾。

3.改进型实验器材（选备）：电动匀速拉动装置、定滑轮、力传感器及数据采集器、计算机，用于向学生展示现代化测量手段。

（二）学生准备

1.知识储备：回顾二力平衡、摩擦力的基本概念。

2.小组准备：6-7人一组，每组一套完整的分组实验器材（与教师演示器材相同），便于学生再次动手体验关键步骤。

五、教学实施过程

（一）情境导入，唤醒认知

1.创设情境：

教师播放一组生活视频剪辑：推桌子很费劲、在冰面上滑行很轻松、汽车轮胎上的花纹、给机器转轴加润滑油。引导学生思考：“这些现象都与哪种力有关？关于滑动摩擦力，我们已经知道什么？我们还想知道什么？”

2.问题驱动：

教师直接抛出核心问题：“滑动摩擦力的大小到底和哪些因素有关？我们当年是如何通过实验来回答这个问题的？”由此引出本节课的复习主题——探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关。

3.明确目标：

教师板书本节课的复习标题（即优化后的标题），并简要说明本节课的目标：不是简单重复实验，而是要对实验进行深度剖析，打通考点，提升解决实验问题的综合能力。

（二）原理回顾，构建框架【基础】【重要】

1.回忆实验原理：

教师提问：“在实验中，我们如何测量滑动摩擦力的大小？依据是什么？”

引导学生回答：通过测量拉力来间接测量摩擦力。依据是二力平衡条件。当物体在水平面上做匀速直线运动时，处于平衡状态，水平方向上受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，方向相反。所以，弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小。

【非常重要】教师强调：此处必须满足两个前提条件——“水平方向”拉动、“匀速直线”运动。任何一点的偏差都会导致测量不准确。

2.构建知识框架：

教师引导学生围绕“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”这个问题，回忆我们当初的猜想，并在黑板上逐步构建思维导图：

（1）自变量（可能影响因素）：

压力大小

接触面粗糙程度

接触面积大小

物体运动速度

其他（如材料等）

（2）因变量：滑动摩擦力大小

（3）控制变量法：当我们研究一个因素是否影响摩擦力时，必须保持其他所有因素不变。

（4）实验方法：转换法（将难以测量的摩擦力大小转换为易于测量的弹簧测力计示数）。

（三）实验剖析，规范操作【非常重要】【高频考点】

1.设计实验方案（以研究压力对摩擦力的影响为例）：

教师引导学生口述实验步骤：

（1）用弹簧测力计水平拉动木块，使其在水平木板上做匀速直线运动，记下示数F1，即为此时摩擦力f1。

（2）在木块上加放一个砝码，改变木块对木板的压力。再次用弹簧测力计水平拉动木块（含砝码），使其在水平木板上做匀速直线运动，记下示数F2，即为此时摩擦力f2。

（3）比较f1和f2，得出结论。

教师追问：“在这个过程中，我们控制了哪些变量？”（接触面粗糙程度、接触面积、运动速度等）

2.深入剖析实验细节【难点突破】：

（1）关于“匀速”：

教师演示实际操作中的困难，弹簧测力计指针晃动，难以稳定在一个数值。提问：“为什么我们很难做到匀速？”

引导学生分析：手拉弹簧测力计很难保证速度绝对不变，且运动过程中稍有不稳，物体就可能不做匀速直线运动。

讨论：如果物体做加速直线运动，拉力与摩擦力还相等吗？（不相等，拉力大于摩擦力）这会导致测量结果偏大还是偏小？

【非常重要】教师总结：操作中难以实现匀速是实验的主要误差来源。我们应尽量保持拉动过程平稳，并读取运动过程中指针稳定时的示数，而不是静止时的示数。

（2）关于“水平”：

教师提问：“如果弹簧测力计斜着拉，会发生什么情况？”

利用力的分解图（可课件展示）讲解：斜向上拉时，拉力有向上的分力，导致木块对木板的压力减小，测得的摩擦力偏小；斜向下拉时，压力增大，摩擦力偏大。这违背了控制变量法（我们本意是研究其他因素，结果压力却改变了）。

【基础】强调：实验中必须保证弹簧测力计与长木板保持水平。

（3）关于“读数”：

教师演示正确的读数方法：视线要与刻度盘垂直。强调读数前要观察量程和分度值。

（四）数据论证，归纳结论【重要】

1.数据处理与分析：

教师引导学生将实验数据填入设计的表格中（表格在课件上展示，学生无需动笔，重在分析思路）。表格包含：实验次数、压力情况、接触面材料、运动速度、接触面积、弹簧测力计示数（摩擦力）。

假设一组典型数据：

实验1：木块（压力小），木板，示数0.4N。

实验2：木块+砝码（压力大），木板，示数0.8N。

实验3：木块，毛巾（接触面更粗糙），示数0.6N。

实验4：木块，木板，但以较快速度拉动，示数0.4N。

实验5：将木块侧放（面积减小），木板，示数0.4N。

2.引导学生根据数据得出结论：

（1）对比实验1和2，可以得出什么结论？（在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。）

（2）对比实验1和3，可以得出什么结论？（在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。）

（3）对比实验1和4，可以得出什么结论？（滑动摩擦力大小与物体运动速度无关。）

（4）对比实验1和5，可以得出什么结论？（滑动摩擦力大小与接触面积大小无关。）

【非常重要】教师强调结论表述的规范性：必须指明“在……相同时”，这是一个完整的控制变量法结论，缺一不可。

（五）误差思辨，方案改进【难点】【热点】

1.再次聚焦误差：

教师引导学生总结刚才分析的“拉动木块做匀速直线运动”这个操作的主要缺点：难匀速、不水平导致误差大；且弹簧测力计一直在运动，读数不方便。

2.启发创新思维：

教师提问：“能不能设计一个实验装置，既不需要手动维持匀速，又能让弹簧测力计静止下来方便读数？”

给学生几分钟小组讨论时间，鼓励他们大胆设想。

3.展示改进方案【热点考查方向】：

教师引出“改进版实验装置”：将弹簧测力计的一端固定，另一端拉住木块。将长木板放在木块下方，我们不需要拉动木块，而是抽动下方的长木板。无论长木板是否做匀速直线运动，木块相对于地面都是静止的。

教师结合动画讲解原理：

（1）当抽动木板时，木块受到木板对它的滑动摩擦力，这个力会拉动木块，但木块被弹簧测力计拉住而保持静止。

（2）此时，木块处于静止状态（平衡状态），水平方向上受到的弹簧测力计的拉力和木板对它的滑动摩擦力是一对平衡力，大小相等。因此，弹簧测力计的示数仍然等于滑动摩擦力的大小。

（3）关键优势：木块静止，弹簧测力计也静止，读数非常稳定准确。而且，对下方木板的运动方式没有要求（匀速、变速都可以），大大减小了操作难度。

【非常重要】教师指出：这是中考实验探究题中最常见的装置改进方向。学生需要深刻理解其核心思想——将“运动物体平衡”转变为“静止物体平衡”，从而化动为静，消除“匀速”带来的误差。

4.实验器材的现代化拓展：

教师可以简单介绍，如果用力传感器代替弹簧测力计，连接数据采集器和计算机，可以直接在屏幕上显示出拉力随时间变化的图像，能更精确地研究摩擦力的变化规律。

（六）变式训练，能力提升【高频考点】

1.情境变式：压力与重力的辨析

教师展示一个斜面，将一个木块放在斜面上，用弹簧测力计沿斜面向上拉木块，使其匀速运动。提问：“此时弹簧测力计的示数等于木块受到的滑动摩擦力吗？”（不等于，因为此时木块的重力有一个沿斜面向下的分力）进一步提问：“此时木块对斜面的压力等于木块的重力吗？”（不等于，压力小于重力）

引导学生认识到，只有在水平面上，且没有其他竖直方向的力时，物体对水平面的压力大小才等于物体重力大小。这是分析滑动摩擦力问题的一个【易错点】。

2.情境变式：叠加体问题

展示一个情境：A、B两个木块叠放在一起，在水平面上拉动下方木块B做匀速运动，判断A是否受摩擦力，以及B受到几个摩擦力。这需要学生综合运用静摩擦力、滑动摩擦力的知识进行分析。

3.情境变式：图像分析题

给出一个实验过程中拉力随时间变化的图像（如改进版实验的力传感器图像），让学生分析哪个阶段物体在匀速运动，哪个阶段在加速运动，最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系等。

（七）体系构建，总结升华

1.思维导图复盘：

教师引导学生再次回到本节课的思维导图，将刚才剖析的所有细节、难点、易错点补充完整。例如：

在“压力大小”旁边标注“注意与重力区别，水平面上才相等”；

在“实验原理”旁边标注“二力平衡，需水平匀速”；

在“误差分析”旁边标注“难匀速，改进方案：拉木板，固定弹簧测力计”。

2.答题模板总结：

（1）写结论：在______相同时，______越大（越粗糙），______越大。

（2）述操作：用弹簧测力计水平匀速拉动木块，目的是使拉力等于摩擦力。

（3）谈改进：改“拉木块”为“拉木板”，优点是不必控制木板做匀速运动，便于读数。

3.情感升华：

教师总结：科学探究的过程就是一个不断发现问题、分析问题、解决问题的过程。今天我们对一个看似简单的实验进行了如此深入的剖析，就是为了培养大家严谨求实的科学态度和透过现象看本质的科学思维。希望同学们在今后的学习和生活中，也能保持这份探索的精神。

六、板书设计

初三物理一轮复习：实验突破——探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关

一、实验原理：