【人教版2019必修第一册】高一物理2摩擦力（教学设计）教案

第2节摩擦力（教学设计）年级高一年级学科物理教师课题第2节摩擦力教学目标物理观念能通过分析生活中有关滑动摩擦力的现象,得出滑动摩擦力的产生条件;知道动摩擦因数无单位,并了解几种材料间的动摩擦因数。科学思维能通过实验探究滑动摩擦力的大小与压力的关系,会用Ff＝μFN计算滑动摩擦力的大小。科学探究会根据相对运动方向判断滑动摩擦力的方向。科学态度与责任能应用滑动摩擦力知识,分析生产、生活中增大或减小摩擦力的实例,体会物理知识在实际生活中的应用。教学重难点1.知道滑动摩擦力和静摩擦力的概念及产生条件,会判断摩擦力的方向(重难点)。2.知道摩擦力的大小跟什么有关,会求摩擦力的大小(重点)。教学过程教师活动学生活动导入新课教师：在初中我们已经学习了滑动摩擦力的概念,生活中也经常能感受到摩擦力的存在。例如,我们用弹簧测力计拉动水平面上的物块使之运动,物块与水平面间产生了滑动摩擦力。在初中,我们还通过实验探究了影响滑动摩擦力大小的因素。初中是如何定义滑动摩擦力的呢?新课讲授一、滑动摩擦力教师：通过回顾初中学习的滑动摩擦力,我们知道两个互相接触的物体,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。要产生滑动摩擦力,两个物体要相互接触,同时两个物体间要相互挤压,产生压力,并且还要有相对运动。如何确定滑动摩擦力的方向?又如何知道滑动摩擦力的大小呢?教师：让学生参与活动体验。1.用手紧贴桌面向前滑动,手有怎样的感觉?2.在一张纸条上,放上物块,用手抽出压在物块下的纸条,观察物块有什么变化?学生：1.手压桌面向前运动的过程中,受到桌面对手与运动方向相反的滑动摩擦力的作用。2.用手将纸条从物块下抽出后,物块沿着与纸条抽出方向相同的方向运动一小段距离后落到桌面上。抽出纸条的过程中,滑动摩擦力在哪儿产生的呢?学生：在接触面上产生。教师：物块为什么会沿着与纸条抽出方向相同的方向运动?学生：纸条被抽出过程中,与物块间发生相对运动,产生了滑动摩擦力。教师：物块对纸条的滑动摩擦力方向如何?纸条对物块的滑动摩擦力方向又如何?学生：纸条相对于物块向远离物块方向运动,则物块对纸条的滑动擦力阻碍纸条远离物块,其方向与纸条运动方向相反,而物块相对于纸条向纸条被抽出的反方向运动,纸条对物块的滑动摩擦力阻碍物块相对于纸条的运动,其方向与物块运动方向相同。教师：在上述分析中,纸条受到的滑动摩擦力的方向与纸条运动方向相反,而物块受到的滑动摩擦力的方向与物块的运动方向相同。那么该如何判断滑动摩擦力的方向呢?学生：滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。教师：回忆初中所学滑动摩擦力的知识,结合上述分析,请给出滑动摩擦力的定义。学生：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。教师：滑动摩擦力的方向如何判断?学生：与物体相对运动的方向相反。教师：“相对运动方向”与“运动方向”一样吗?结合上述纸条被抽出的过程,如何理解“相对运动方向”和“运动方向”?学生：不一样。纸条被抽出过程中,相对于物块向远离物块的方向运动,因此“相对运动方向”是相对于接触物体而言的,而“运动方向”是物体相对于地面而言的。教师：提出问题:1.用手压桌面向前滑动,手用力越来越大,有什么感觉?2.用力分别推动轻重不同的两个箱子前进时,有什么感觉?3.行驶的自行车要停下来,要用力捏闸刹车,为什么?学生：回答如下：1.越用力,阻力越大。2.箱子越重,阻力越大。3.用力捏闸是为了增大车闸与车轮间的压力,从而增大地面与车轮间的摩擦力,使车快速停下来。教师：由上述现象,你认为影响滑动摩擦力大小的因素是什么?学生：物体与接触面间压力的大小。教师：滑动摩擦力的大小,除了与物体和接触面间的压力大小有关外,还与哪些因素有关呢?播放视频（教师需提前准备）,提出问题:1.举重运动员在举重前为什么要先往手上涂上防滑粉?有什么作用?不涂会怎样?2.如图所示,冰壶比赛中,有时运动员会在冰壶前面刷冰,刷冰的目的是什么?

学生：回答问题：1.举重运动员手上涂上防滑粉,是为了增大摩擦力。2.冰壶运动员刷冰是为了减小冰壶和冰面间的摩擦力,使冰壶运动得更远。教师：视频中影响摩擦力的因素是什么?学生：接触面的粗糙程度。教师：摩擦力除了与接触面间的压力大小、接触面的粗糙程度有关外,还与其他因素有关吗?学生：还和接触面的面积有关吧?教师：上述大家得出的影响摩擦力的因素,我们需要通过实验进行验证。如何设计实验,验证滑动摩擦力与物体间的压力、接触面的粗糙程度、接触面面积大小的关系呢?我们需要研究四个量间的关系,该用什么样的方法研究呢?学生：控制变量法。教师：我们先来研究滑动摩擦力大小与物体间压力大小的关系。如何测量摩擦力?如何测量和改变物体间的压力?压力大小可能等于物体的重力大小,也可能不等于物体的重力大小。若物体沿斜面向上或向下运动,或物体在受到斜向上或斜向下拉力作用下沿水平方向运动时,压力大小均不等于物体的重力大小。本节课,我们先设计实验探究在压力大小等于物体重力大小时,滑动摩擦力大小与物体间压力大小的关系。该如何设计这个实验呢?学生：用弹簧测力计拉动物块做匀速直线运动时,由二力平衡的知识可知,弹簧测力计的示数与物块所受滑动摩擦力的大小相等,用这个方法可以测量出滑动摩擦力的大小。教师：如何改变压力的大小?学生：在物块上放上钩码,增加物块与桌面间的压力。教师：演示实验,验证滑动摩擦力大小与物体间压力大小的关系。观察实验，得出结论。学生：压力越大,滑动摩擦力越大。教师：通过定量实验表明,滑动摩擦力的大小与物体间压力的大小成正比。教师：滑动摩擦力的大小还与物体间接触面的粗糙程度有关。如何研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系呢?学生：将同一物块放置在不同平面上,用弹簧测力计水平拉动物块做匀速直线运动,观察弹簧测力计的示数。教师：如何研究滑动摩擦力大小与接触面积大小的关系呢?学生：用弹簧测力计水平拉动一长方体木块做匀速直线运动,观察弹簧测力计的示数改变木块与水平面的接触面面积,再用弹簧测力计水平拉木块,使木块做匀速直线运动,观察弹簧测力计的示数。教师：实验表明,滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关。请大家课下查阅资料进行研究。教师：通过进一步的定量实验,得出滑动摩擦力的大小的公式为Ff＝μFN,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。例1有关滑动摩擦力，下列说法中正确的是()A．滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反B．有滑动摩擦力必有弹力C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μFN中的压力FN一定等于物体重力的大小答案B解析滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，滑动摩擦力的方向一定与物体相对运动的方向相反，但不一定与物体运动方向相反，故A错误；摩擦力的产生条件是有弹力，接触面粗糙，有相对运动，故B正确；滑动摩擦力的大小Ff＝μFN，与物体在支持面上的滑动速度无关，其中FN为压力，FN与接触面垂直，不一定等于重力，故C、D错误．例2关于μ＝eq\f(Ff,FN)，下列说法中正确的是()A．动摩擦因数μ与滑动摩擦力Ff成正比，Ff越大，μ越大B．动摩擦因数μ与正压力FN成反比，FN越大，μ越小C．相同的条件下，接触面积越大，动摩擦因数越大D．动摩擦因数μ的大小与两物体接触面的粗糙程度及材料有关答案D解析动摩擦因数与两物体接触面的粗糙程度及材料有关，与正压力、接触面积及滑动摩擦力无关，选项A、B、C错误，D正确．例3所受重力为500N的雪橇，在平坦的雪地上用10N的水平拉力恰好可以拉着空雪橇做匀速直线运动．如果雪橇再载重500N的货物，那么，雪橇在该雪地上滑行时受到的摩擦力大小是()A．10N B．20NC．510N D．500N答案B解析由题意可知，μ＝eq\f(Ff,FN)＝eq\f(F,mg)＝eq\f(10,500)＝0.02，如果雪橇再载重500N的货物，则雪橇在该雪地上滑行时受到的摩擦力Ff′＝μ(mg＋m′g)＝0.02×1000N＝20N.故选B.活动体验，并讨论交流学生讨论并回答问题学生讨论后回答问题新课讲授二、静摩擦力教师：判断下列两种情况物体受到的摩擦力。1.用手推放在水平面上的桌子,桌子不动。2.用手将物体压在竖直墙壁上静止。学生：回答1.用手推水平面上的桌子,桌子不动,根据二力平衡的知识,我们知道桌子在水平方向受到推力和静摩擦力的作用,且静摩擦力方向与推力方向相反。2.用手将物体压在竖直墙壁上静止,此时物体在竖直方向上受到重力和静摩擦力的作用,静摩擦力的方向与重力的方向相反,竖直向上。教师：在上述情境中,物体都静止,我们是如何判断静摩擦力的方向的呢?学生：静摩擦力的方向可以根据外力的方向判断,静摩擦力的方向与外力的方向相反。教师：如果将物体放置在斜面上处于静止状态,物体受到哪些力的作用?方向如何呢?学生：物体受到竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的静摩擦力的作用。教师：放置在斜面上的物体,其所受静摩擦力的方向是如何判断的呢?还能否根据外力的方向来判断呢?教师：通过前面的学习,我们知道滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反。对静摩擦力方向的判断,我们也可以从运动的角度分析。如:1.水平向右推沙发,沙发虽然静止不动,但是沙发受到水平向右推力的作用,有向右运动的趋势,但由于静摩擦力的作用,沙发并没有向右运动。2.用手按压物体在竖直墙壁上,物体保持静止。若手不按压,物体会沿竖直墙壁下落,这说明物体有向下运动的趋势,但用手按压时,由于静摩擦力的作用,物体仍能保持静止。3.斜面上的物体,由于重力的作用,有沿斜面下滑的趋势,但由于静摩擦力的作用,仍静止在斜面上。通过上述分析,静摩擦力起到了什么作用?该如何判断静摩擦力的方向?学生：静摩擦力总是阻碍物体的相对运动趋势,其方向与物体相对运动趋势的方向相反。教师：两个接触面之间可以产生滑动摩擦力,也可以产生静摩擦力。如何判断物体间产生的是滑动摩擦力还是静摩擦力?运动的物体间可以受到静摩擦力吗?教师：演示实验:将物块放置于水平放置的书本上,拉动书本使之运动,观察书上的物块的运动情况。学生：随书本一起由静止开始运动。教师：物块由静止变为运动,但物块并没有在书本上发生移动,物块是静止的还是运动的呢?学生：物块相对于地面是运动的,但相对于书本是静止的。教师：用手拉动书本时,书本相对于桌面向右运动,受到桌面向左的滑动摩擦力,书本与物块间有摩擦力吗?如何判断?学生：手拉动书本,物块还静止,此时书本相对于物块有向右的运动趋势,物块会阻碍书本向右运动的趋势,因此书本受到物块向左的静摩擦力。教师：书本相对物块有向右的运动趋势,则物块相对书本有向左的运动趋势,物块受到向右的摩擦力。因此,在物块与书本间产生了静摩擦力。这个静摩擦力与物块运动方向相同。物块与地面间是否产生了摩擦力?为什么?学生：物块与地面没有接触,因此它们之间没有产生擦力。教师：摩擦力是在相互接触的两个物体之间才可能产生的。那么如何理解物体的运动趋势?静摩擦力的方向与物体运动趋势的方向相反,这句话准确吗?学生：物体的运动趋势是相对于地面而言的,物体的相对运动趋势是相对于与它接触的物体而言的。静摩擦力的方向应该与物体相对运动趋势的方向相反。教师：对于静摩擦力的大小,我们可以用同样的实验装置进行探究,如图所示。演示实验:将木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块。在木块开始运动前,保持木块与木板相对静止,观察弹簧测力计示数的变化情况。教师：在上述过程中,弹簧测力计的示数是如何变化的?学生：在弹簧测力计拉动木块之前,其示数一直增大。当木块被拉动后,弹簧测力计的示数突然变小一些。教师：木块被拉动前,处于静止状态,其受到的静摩擦力方向如何?如何得到静摩擦力的大小?学生：弹簧测力计向右拉木块,木块相对于木板有向右运动的趋势,静摩擦力阻碍木块相对于木板向右的运动趋势,因此,木块受到水平向左的静摩擦力。由于木块保持静止,根据二力平衡,水平方向上,木块受到水平向右的弹簧测力计的拉力F和水平向左的静擦力Ff,二者平衡,即Ff=F。教师：当弹簧测力计的示数发生变化时,木块仍未被拉动,其受到的静摩擦力大小又如何?学生：木块保持静止,始终满足二力平衡,故其所受的静摩擦力的大小始终与弹簧测力计的示数相等,即随着拉力逐渐增大,木块受到的静摩擦力也随之逐渐增大。教师：静摩擦力的大小是一直增大吗?学生：当木块被拉动时,弹簧测力计的示数突然减小,之后示数基本稳定。教师：当木块相对于木板静止时,静摩擦力的大小随拉力变化而变化,而当拉力达到某一数值时,木块开始移动,这说明静摩擦力的增大有一个限度,即存在一个最大静擦力的数值。木块所受静摩擦力的最大值Fmax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Fmax之间,即0＜F≤Fmax。教师：我们如何能通过实验记录静摩擦力的最大值呢?教师：仍用上述实验装置,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。教师：演示实验。实验中还观察到什么现象?学生：木块运动起来后,弹簧测力计的示数变小,此时木块与木板间是滑动摩擦力。教师：进一步研究表明,物体间的最大静摩擦力的大小大于滑动摩擦力的值。教师：我们知道滑动擦力的大小与物体间的压力大小有关,那么静摩擦力的大小与物体间压力的大小有关吗?如何通过实验探究?学生：可以在木块上放上钩码,增加术块与木板间的压力。教师：在木块上放不同个数的钩码,观察实验现象。学生：木块被拉动前,与木板相对静止,静擦力的大小仍等于拉力的大小,与压力无关,教师：增加物体间的压力,弹簧测力计的示数有什么变化吗?学生：木块被拉动时的示数变大了。教师：这说明什么问题?学生：说明最大静摩擦力的数值与物体间的压力大小有关,且压力越大,最大静摩擦力的数值越大。教师：综合上述分析,要产生静摩擦力需要满足什么条件?学生：两个物体相互接触,且物体间有压力,同时两物体之间要有相对运动趋势。例1关于静摩擦力的说法，正确的是()A．两个相对静止的物体间一定有静摩擦力的作用B．受静摩擦力作用的物体一定是静止的C．当两物体间的压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度D．静摩擦力一定是阻力答案C 解析当两个物体有相对运动趋势时才有可能产生静摩擦力，A错误；受静摩擦力作用的物体有可能是运动的，B错误；当两物体间的压力一定时，静摩擦力的大小可以变化，但有一个限度，这个限度就是最大静摩擦力，C正确；当静摩擦力的方向与运动方向相同时，静摩擦力是动力，D错误．例2如图所示，质量为m＝2kg的木块放在水平地面上，受到水平方向的作用力F＝kt，已知k＝2N/s，木块与水平地面之间的动摩擦因数μ＝0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g＝10m/s2.求：(1)水平地面对木块的支持力大小；(2)t＝1.5s时，木块受到的摩擦力大小；(3)t＝10s时，木块受到的摩擦力大小．答案(1)20N(2)3N(3)4N解析(1)木块受到的重力G＝mg＝2×10N＝20N水平地面对木块的支持力大小等于重力，即FN＝G＝20N.(2)木块与水平地面之间的最大静摩擦力Fmax＝μFN＝0.2×20N＝4Nt＝1.5s时，水平方向的作用力F1＝kt＝2×1.5N＝3NF1<Fmax，木块处于静止状态所以t＝1.5s时，木块受到的摩擦力Ff＝F1＝3N.(3)t＝10s时，水平方向的作用力F2＝kt＝2×10N＝20NF2>Fmax，木块处于运动状态所以t＝10s时，木块受到的摩擦力Ff′＝μFN＝0.2×20N＝4N.课堂练习1.下列关于摩擦力的说法中正确的是()A．摩擦力大小总跟接触面上的压力大小成正比B．摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反C．滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小成正比D．两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直答案D解析滑动摩擦力大小总跟接触面上的正压力大小成正比，而静摩擦力不是，选项A错误；摩擦力的方向与物体的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，选项B错误；滑动摩擦力大小跟两物体间相对运动的速度大小无关，选项C错误；根据摩擦力产生的条件可知，两物体间有摩擦力就一定有弹力，且两者方向互相垂直，选项D正确．2.(多选)如图所示，人握住竖直的旗杆匀速上爬，则下列说法正确的是()A．人受到的摩擦力的方向是向下的B．人受到的摩擦力的方向是向上的C．手握旗杆的力越大，人受到的摩擦力越大D．若人匀速滑下，则人受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小等于匀速上爬的摩擦力答案BD解析人匀速上爬，受力平衡，则人所受摩擦力与重力大小相等、方向相反，手握旗杆的力增加，但人所受摩擦力不变，选项B正确，选项A、C错误；当人匀速滑下时，人受到的摩擦力为滑动摩擦力，且仍与重力平衡，选项D正确．3.如图，物体在大小为10N、方向水平向左的拉力F作用下，沿水平面向右运动，已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，物体质量m＝3kg，g取10m/s2，可知物体所受摩擦力为()A．10N，水平向右B．6N，水平向右C．10N，水平向左D．6N，水平向左答案D解析根据滑动摩擦力公式可得物体所受摩擦力大小为Ff＝μmg＝6N，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，即水平向左，D正确．4.《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各个领域．如图所示，一个机械臂将铁夹转到水平位置，然后竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则()A．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大B．小球受到的摩擦力与重力大小相等C．若铁夹竖直向上匀速平移，小球受到的摩擦力变大D．若铁夹水平向左匀速平移，小球受到的摩擦力变大答案B解析无论是静止状态，还是匀速平移，在竖直方向上小球受到的