3 摩擦力
整體設計
摩擦力是力學中的三大性質力之一，正確認識摩擦力對後面知識的學習有着至關重要的作用.在摩擦力這節課中，要求會計算滑動摩擦力的大小和判斷其方向，以及靜摩擦力的大小和方向的判斷.教師在教學過程中要將學生在初中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，逐步引導、循循善誘，對兩種摩擦力的大小和方向判定有個清晰的認識.在探究過程中要充分利用初中二力平衡的知識，在物體從靜止到運動的過程中認識靜摩擦力和滑動摩擦力大小變化情況，使學生的認識從感性到理性發生質的變化.對於動摩擦因數的教學最好通過實驗讓學生探究得出.由於本節課的特點，在整個教學過程中要充分體現新課標的探究精神，讓學生多用所學知識揭示生活中的相關現象本質.
教學重點
1.滑動摩擦力的大小及方向的判斷.
2.靜摩擦力的有無及方向的判斷.
3.靜摩擦力產生的條件及規律.
教學難點
1.靜摩擦力有無的判斷和方向的判斷.
2.靜摩擦力大小的計算.
課時安排
3課時
三維目標
知識與技能
1.知道什麼是靜摩擦力、最大靜摩擦力、滑動摩擦力.
2.能計算靜摩擦力、滑動摩擦力的大小並會判斷它們的方向.
過程與方法
1.學生通過設計實驗，並使用控制變量法對影響滑動摩擦力和靜摩擦力大小的因素進行實驗探究.
2.培養學生的邏輯思維能力,培養學生利用知識解決實際問題的能力.
情感態度與價值觀
通過靜摩擦力的探究過程，培養學生科學的思想方法.
課前準備
教具準備:木塊、彈簧秤、木板、毛巾、紙、鋼板、砂紙、水等.
知識準備:蒐集有關的摩擦力信息.
教學過程
導入新課
活動導入
準備兩隻碗，分別放入數量較多的玻璃小球，一隻碗內是光滑乾淨的，另一隻碗內是粘有灰塵的.請兩個同學把玻璃球從碗中用筷子夾出來，比賽看誰夾得快.然後讓兩位同學分別說出自己的感想,從而引出摩擦力的問題.
情景導入
(課件展示)播放運動員滑雪的錄像,如圖3-3-1,讓學生說出滑雪要求的環境條件，然後導
出摩擦力的概念.
圖3-3-1
問題導入
粉筆在黑板上可以寫出字來,在玻璃上寫得出來嗎?試試看.想想若在外面的柏油路面上用粉筆寫字又會有何不同?爲什麼？你認爲摩擦力是一種什麼樣的力？
讓學生用自己的語言敘述摩擦力.
推進新課
學生在初中階段已經學習過摩擦力，通過直接提問使學生回憶並敘述摩擦力的概念.
概念：兩個相互接觸的物體，當它們發生相對運動或具有相對運動的趨勢時，就會在接觸面上產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力.本節課就來深入研究摩擦力.
請學生做個小實驗：要求學生用逐漸增大的水平力推動在教室中放置的桌子，直到推動一段距離.(設計意圖:讓學生體會並分析出桌子受到推力和摩擦力的作用，使學生產生對靜摩擦力和滑動摩擦力的感性認識)
學生活動:學生按老師要求推桌子，並感受推力大小變化.
問題：爲什麼用力推桌子而桌子不一定運動？爲什麼想讓桌子繼續運動還要繼續推？
初步引出對靜摩擦力和滑動摩擦力的感性認識.
一、靜摩擦力
由用力推桌子而不動，師生討論引導出靜摩擦力的概念：兩個相互接觸的物體之間有相對運動趨勢而又保持相對靜止時,在接觸面間所產生的阻礙相對運動趨勢的力叫靜摩擦力.
問題：靜摩擦力是一恆定的力嗎？怎樣求靜摩擦力的大小？怎樣判斷靜摩擦力的方向？
【實驗探究】 在水平桌面上放一木塊，用彈簧測力計沿水平方向用較小的力拉木塊但保持木塊不動，並不斷緩慢地增大拉力.注意提示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：我們可以看到隨着拉力的增大，彈簧秤的示數不斷增大.
結論：由二力平衡的知識可以知道，木塊受到的靜摩擦力大小等於彈簧秤的拉力，方向和拉力的方向相反.所以靜摩擦力不是一固定值，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：在彈簧測力計指針下輕塞一個小紙團，它可以隨指針移動，並作爲指針到達最大位置的標誌.在剛纔實驗的基礎上繼續用力，當拉力達到一定的值時木塊開始移動，此時拉力會突然變小.要求學生記下剛纔的最大值.
結論：靜摩擦力的增大有一個限度，這個限度就是最大靜摩擦力Fmax，其值等於物體剛剛開始運動時的拉力.兩物體間實際發生的靜摩擦力F在0與最大靜摩擦力Fmax之間.
問題：最大靜摩擦力的大小和什麼因素有關呢？（教師提出問題，由學生自主設計實驗驗證最大靜摩擦力大小的決定因素）
學生活動:學生設計實驗並探究，整理分析實驗數據.
參考設計：
1.裝置如上面的實驗，在木塊上面增加砝碼，驗證在不同的壓力作用下的最大靜摩擦力的大小；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摩擦力的值.
2.用手握一油瓶，手的握力恰好使得油瓶不下落，此時最大靜摩擦力等於瓶的重力.不斷增加瓶中的油，要想瓶恰不滑落，應該增加手的握力即壓力,由此判斷最大靜摩擦力和壓力的關係.換用不同粗糙程度的瓶子做實驗，驗證最大靜摩擦力和接觸面的粗糙程度的關係.
活動:學生交流討論並得出結論:
1.靜摩擦力大小值並不唯一；
2.最大靜摩擦力與壓力和接觸面有關係.
引導學生說一下生活中和生產中利用靜摩擦力的事例.
（課件展示）圖片示例：
圖3-3-3
課堂訓練（課件展示）
1.有關靜摩擦力的說法中正確的是（ ）
A.只有靜止的物體才受靜摩擦力 B.靜摩擦力與壓力成正比
C.靜摩擦力可能與運動方向垂直 D.靜摩擦力的方向與物體運動方向一定相反
解析：受靜摩擦力作用的物體不一定靜止，故A錯.靜摩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.靜摩擦力的方向可與運動方向成任意角度，故C正確.靜摩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水平壓在質量爲m的物體上（設受力F的面絕對光滑），恰好使物體靜止，此時物體與牆之間的摩擦力爲______；如果F增大爲3F，物體與牆之間的摩擦力爲______.
圖3-3-4
解析：物體受向下的重力爲mg，由二力平衡條件知靜摩擦力大小也爲mg，方向向上，當推力增爲3F時，物體重力不變，則靜摩擦力也不變.
答案：mg mg
二、滑動摩擦力
概念：當一個物體在另一個物體表面上滑動的時候，會受到另一個物體阻礙它滑動的力，這種力叫做滑動摩擦力.滑動摩擦力的方向總是沿着接觸面，並且跟物體的相對運動方向相反.（可以通過複習回憶得出，或者通過演示實驗總結得出，也可以直接給出）
（提出要求）利用教材演示實驗儀器設計實驗，定量研究影響滑動摩擦力大小的因素.（設計意圖：使學生意識到應採用控制變量法進行多變量的研究；使學生體會摩擦力的大小的影響因素）
1.引導學生進行實驗原理的探究.
(學生活動:思考並交流討論得出利用二力平衡定量測量滑動摩擦力的大小)
2.引導學生進行實驗方法的探究
(學生活動:思考並交流討論得出控制變量法)
3.組織學生利用已有器材進行實驗探究
(學生活動:學生進行分組實驗探究)
4.要求學生設計表格記錄數據，並通過對數據的分析初步得出自己的結論.
(學生活動:展示自己的數據，並對數據進行分析，最終定量得出壓力與滑動摩擦力的關係，對動摩擦因數有定性的認識)（設計意圖：培養學生實驗數據的分析處理能力）
小結：滑動摩擦力的計算公式f=μN.（設計意圖：訓練學生語言表達及邏輯推理能力）
介紹動摩擦因數的物理意義及常見材料間的動摩擦因數.
課件展示：
幾種材料間的動摩擦因數
材料 動摩擦因數 材料 動摩擦因數
鋼—鋼 0.25 鋼—冰 0.02
木—木 0.30 木頭—冰 0.03
木—金屬 0.20 橡膠輪胎—路面（幹） 0.71
皮革—鑄鐵 0.28
例題.滑雪是北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雪比賽.已知滑雪板與冰面間的動摩擦因數爲0.02，滑雪板和人的總質量爲180 kg.如果鹿拉着滑雪板做勻速直線運動，求鹿的拉力大小.
解析：由於滑雪板做勻速直線運動，可知鹿的拉力F與滑動摩擦力的大小相等，即F=f.同時，滑雪板與冰面的壓力N與滑雪板和人的重力相等，即N=G.
由滑動摩擦力公式，可求出鹿的拉力大小爲
F=f=μN=μMg=0.02×180×9.8 N=35.3 N.
答案:35.3 N
課堂訓練
質量爲2 kg的物體，靜止在水平面上.物體與地面間的動摩擦因數爲0.5，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小視爲相等.給物體一水平拉力.
(1)當拉力大小變爲5 N時，地面對物體的摩擦力是多大？
(2)當拉力大小變爲12 N時，地面對物體的摩擦力是多大？
(3)此後若將拉力又減小爲5 N（物體仍在滑動），地面對物體的摩擦力是多大？
(4)若撤去拉力，在物體繼續滑動的過程中，地面對物體的摩擦力是多大？（取g=10 N/kg）
解析：（1）當拉力F=5 N時，F＜fmax,物體沒有滑動，地面對物體的摩擦力爲靜摩擦力,f=F=5 N；
（2）當拉力F=12 N時，F＞fmax,物體滑動起來，地面對物體的摩擦力爲滑動摩擦力F滑=μN=μmg=0.5×2×10 N=10 N；
（3）當拉力又減小爲5 N時，由於物體仍在地面上滑動，所以物體受到地面的摩擦力仍是滑動摩擦力，所以仍是10 N；
（4）當拉力撤去後，由於物體繼續在地面上滑動，物體受到地面的摩擦力仍是滑動摩擦力，所以仍爲10 N.
答案：（1）5 N （2）10 N （3）10 N （4）10 N
知識拓展
增大有益摩擦：
1.增加物體表面的粗糙程度.如：鞋底、車輪胎、各種旋鈕表面都有花紋.
2.增大壓力.如：電動機的皮帶拉得很緊，以便增大壓力來增大摩擦力，防止皮帶打滑.
減小有害摩擦：
1.用滾動摩擦代替滑動摩擦：用滾動軸承代替滑動軸承.
2.減小表面粗糙程度：加潤滑油.
課堂小結
1.兩個互相接觸的物體，當它們要發生或已經發生相對運動時，在接觸面上產生一種阻礙物體間相對運動的力，叫摩擦力.
靜摩擦力 滑動摩擦力 符號及單位
產生原因 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 摩擦力用f表示
單位:牛頓
簡稱:牛
符號:N
大小 始終與外力沿着接觸面的分量相等 f=μN
方向 與相對運動趨勢相反 與相對運動方向相反
2.摩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.
常用增大壓力和使接觸面更粗糙的方法增大有益摩擦.減小有害摩擦的方法有:使摩擦面光滑，用滾動代替滑動，使摩擦面脫離接觸（加潤滑油、氣墊）這三種方法.
佈置作業
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 摩擦力
1.摩擦力產生的條件
（1）接觸面粗糙
（2）在接觸面上有垂直作用的正壓力
（3）有相對運動或者有相對運動趨勢
2.靜摩擦力
（1）變力:0＜F靜≤Fmax
（2）方向：靜摩擦力的方向總跟接觸面相切，並且跟物體相對運動趨勢的方向相反
3.滑動摩擦力
（1）大小：F=μFN
（2）方向：滑動摩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.設計實驗測量紙面間的動摩擦因數.
2.觀察自行車上哪些地方存在摩擦，其中哪些是有益的，哪些是有害的，你能想出哪些辦法來增大或減小它們.
自主設計實驗.包括選擇實驗器材、設計實驗步驟,並設計、寫出實驗報告.
習題詳解
1.解答:手壓着桌面向前移動時,手受到桌面的滑動摩擦力作用.滑動摩擦力的方向與手指移動的方向相反,阻礙手指的運動.手對桌面的壓力越大,手指受到的滑動摩擦力越大,對手指相對桌面運動的阻礙作用越明顯.
2.解答:(1)不受.因爲瓶子與桌面之間沒有相對運動的趨勢.
(2)受靜摩擦力作用,靜摩擦力的方向沿桌面斜向下.
(3)受靜摩擦力作用,靜摩擦力的方向豎直向上(瓶子處於豎直狀態).
(4)受滑動摩擦力作用,摩擦力的方向沿紙條相對瓶子的運動方向.
3.答案:35 N 30 N 0.3 20 N
設計點評
本節重點是理解動摩擦因數的意義和滑動摩擦力大小的計算和方向的判定.難點是對靜摩擦力的理解，尤其是靜摩擦力方向和大小的確定.教學中通過大量的實例，並藉助受力分析等方法來突破.靜摩擦力是由於物體間具有相對運動趨勢而產生的，其方向與相對運動趨勢相反.如何判定靜摩擦力的方向?通過假設物體間不存在摩擦力，那麼在其他力的作用下物體將往什麼方向運動去思考確定.教學時特別注意了對於靜摩擦力大小與所受外力及所處運動狀態的關係.設計中基本遵循問題—理論—問題的模式進行.
