2019-2020年高中物理 3.3 摩擦力教案 魯科版必修1.doc

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2019-2020年高中物理 3.3 摩擦力教案 魯科版必修1 (一) 知識與技能 1. 知道摩擦力的概念及分類，知道這兩種摩擦力的分類 2. 知道靜摩擦力產生的條件，會判斷靜摩擦力的大小和方向 3. 知道滑動摩擦力產生的條件，會判斷滑動摩擦力的大小和方向 4. 知道最大靜摩擦力與滑動摩擦力的關系。 5. 了解動摩擦因數μ的決定因素，會用實驗測量計算μ (二) 過程與方法 6. 通過觀察演示實驗，概括出摩擦力產生的條件及摩擦力的特點，培養(yǎng)學生的觀察、概括能力。 7. 通過靜摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別對比，培養(yǎng)學生分析綜合能力。 8. 在研究影響滑動摩擦力因素問題中學會運用控制變量的方法 (三) 情感態(tài)度與價值觀 9. 從探究中獲得積極的情感體驗和認真、嚴謹的科學態(tài)度和科學精神 10. 通過對生活中有益摩擦和有害摩擦的分析,對學生進行辯證唯物主義的教育 ★教學重點 1. 靜摩擦力的有無，大小及方向的判斷 2. 滑動摩擦力的有無，大小及方向的判斷 ★教學難點 1. 靜摩擦力的有無，大小及方向的判斷。 ★教學過程 師：上節(jié)課學習彈力時曾提到，彈力是接觸力，接觸力從性質上分為彈力和摩擦力，今天我們的學習任務就是學習了解摩擦力。 一、討論探究滑動摩擦力的特點 師：對于摩擦力，我們在初中的時候已經接觸過了，而且知道摩擦力可以分為滑動摩擦力、靜摩擦力和滾動摩擦力。大家都試著回想一下，你還記得哪些知識。(不需要學生回答出來，學生自己明白就好)現(xiàn)在請同學們利用你們的課桌和書本做一個簡單的實驗：把書平放在桌面上，給書本一個初速度，仔細觀察書本滑出后在桌面的滑行情況是怎樣的？ 生：書本在滑動過程中速度會逐漸減小并最終停止下來。 師：是什么原因導致書本的速度越來越慢呢？ 生：是因為受到了桌面給書本的摩擦力。 師：桌面給書本的摩擦力是三類摩擦力中的哪一類呢？ 生：是滑動摩擦力。 師：對，當一個物體在另一個物體表面滑動時，會受到另一個物體阻礙它滑動的力，這個力叫做滑動摩擦力。我們也可以用手掌在桌面上滑動來感受滑動摩擦力。 師：當我們用手掌壓著桌面滑動時，桌面給手掌的摩擦力向什么方向？ 生：與手掌的運動方向相反，阻礙物體的運動。 師：手掌在桌面滑動時，桌面對手掌有摩擦力作用，那手掌對桌面有摩擦力作用嗎？為什么？ 生：根據力的作用是相互的，我知道桌面給手掌摩擦力的同時手掌也會給桌面以摩擦力。 師：那手掌給桌面的摩擦力向什么方向？ 生：跟手掌的運動方向相同。 師：對！從這里也要看到作用力與反作用力是方向相反的（解釋）。 師：那桌面受到的摩擦力是三種摩擦力中的哪一種？ 生：是靜摩擦力！ 生：不是，應該是滑動摩擦力！ 師：是滑動摩擦力！有同學不明白了，桌面沒有滑動啊，怎么會是滑動摩擦力，這就要涉及到滑動摩擦力的概念了。什么樣的力是滑動摩擦力？如果產生摩擦力的兩個物體是相對運動的，那它們之間產生的摩擦力就是滑動摩擦力。什么意思？就是說看一個力是不是滑動摩擦力不是看這個物體是不是運動的（我們平時講一個物體是否運動是選擇地面為參考系的），而是看產生摩擦力的兩個物體間是不是相對運動的。剛才我們研究的是手掌與桌面之間的摩擦力，而手掌與桌面是相對滑動的，所以手掌與桌面間的摩擦力是滑動摩擦力。手掌相對于桌面是滑動的，所以桌面給手的是滑動摩擦力，桌面相對于手也是運動的，所以手給桌面的摩擦力也是滑動摩擦力。 師：大家應該還記得什么是相對運動吧？所謂的相對運動就是兩個物體分別以對方為參考系所表現(xiàn)出來的運動，而不是相對于地面或其它參考系得出來的運動。比如手掌在桌面上向正北方向運動，那手掌相對于桌面的運動是怎樣的？ 生：手掌相對于桌面是向北運動的。 師：桌面相對于手掌的運動是怎樣的？ 生：桌面相對于手掌向南運動。 師：大家還可以再做一個實驗體會一下：左手壓在一本書上，右手將書抽走，整個過程中要保持左手不動，由于書本與左手間是相對滑動的，所以無論是書給手的摩擦力還是手給書的摩擦力均是滑動摩擦力。 【牢記】：一個力是不是滑動摩擦力，看產生這個摩擦力的兩個物體間是不是相對滑動的。 師：下面我們來討論滑動摩擦力產生的條件。請同學們思考一下，怎樣才能產生滑動摩擦力？ 生：首先兩物體一定要相互接觸，再者相互接觸的兩物體間一定要有相對運動。 生：還有地面不能是光滑的。 師：很好！能歸納出這幾點已經很不錯的，其實還差一個條件，就是兩物體間不但要接觸，而且要擠壓。這個結論我們也可以通過剛才的實驗體會出來。第二個實驗中，左手壓書，右手抽書，如果左手壓書的力越小，右手抽書需要克服的摩擦力就越小，我們可以想象當左手壓書的力小到接近于0時，手與書之間的摩擦力也將小到接近于0，說明光接觸還不行，還得擠壓。 滑動摩擦力產生的條件： 1、接觸并擠壓 2、兩物體間有相對運動。 3、接觸面都不光滑。 【牢記】：有摩擦力必有彈力，有彈力不一定有摩擦力。 滑動摩擦力的方向： 師：下面我們來歸納滑動摩擦力的方向。 師：手掌在桌面上滑動時，手掌受到桌面給它的作用力有幾個？ 生：有兩個，一個是桌面給手掌的支持力，一個是桌面給手掌的滑動摩擦力。 師：支持力的方向向什么方向？摩擦力的方向向什么方向？ 生：支持力的方向垂直于桌面向上，摩擦力方向與手滑動方向相反。 師：這兩個力的方向有什么關系？同一直線還是成一角度？角度是多大？ 生：這兩力是垂直的，因為支持力垂直于接觸面，而摩擦力與接觸面相切。 【牢記】：彈力與摩擦力相互垂直。 師：現(xiàn)在我們已經知道摩擦力與接觸面相切，但具體是向哪個方向呢？有沒有同學能不說一說？我們可以以第一實驗為例，大家根據手掌受到的摩擦力和桌面受到的摩擦力來對比總結。 生：是不是與運動方向相反啊？ 生：不能這樣說，因為桌面也受到的摩擦力，但桌面沒有運動，當然也無法談起與運動方向相同或相反的說法。 生：我想應該是與相對運動方向有一定的關系，因為剛才我們已經了解到：如果兩個物體有相對滑動，那它們之間產生的摩擦力叫做滑動摩擦力。 師：經過大家的努力，摩擦力方向的真面目就快要露出來了，滑動摩擦力的根本是兩物體間的相對滑動，所以研究滑動摩擦力的方向我們要從它與物體的相對運動方向的關系著手。 板書：（手掌在桌面上向正北方向滑動） 手受到的滑動摩擦力方向：正南 桌面受到的滑動摩擦力的方向：正北 手相對于桌面的運動方向：正北 桌面相對于手的運動方向：正南。 【牢記】：滑動摩擦力方向與相對運動方向相反。 師：我們同樣可以結合第二個例子體會。 師：現(xiàn)在我引入滑動摩擦力的下定義，相信經過剛才的一番探究討論，我們一定對能定義有更深刻的理解 二、滑動摩擦力 【定義】：當兩個物體彼此接觸擠壓且有相對運動時，接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力，該力叫做滑動摩擦力。 大小： 師：大家猜想滑動摩擦力的大小會哪些因素有關呢？ 生：我想可能與兩物體間的擠壓力、相對運動速度、接觸面面積、接觸面粗糙程度等因素有關。 師：既然有這么因素可能影響滑動摩擦力的大小，我們該如何著手進行研究呢？ 生：我們只能一個一個地來，比如我們可以先研究摩擦力大小于兩物體間擠壓力的有關系，研究出這兩個量之間的關系后，再研究摩擦力大小與相對運動速度的關系，就這樣一個個在進行研究。不可能同時研究摩擦力大小與所有因素的關系，因為你不會知道摩擦力變化了究竟是由哪個因素的變化引起的。 師：好！如果我準備研究摩擦力大小與兩物體擠壓力關系時，如何保證摩擦力的變化就是因為壓力變化引起的。 生：很簡單，只要在研究壓力變化對摩擦力大小變化影響的實驗中保持其它所有因素不變就行了。 師：這位同學回答得非常好！如果一個物理量與多個因素有關，我們在研究某一個因素對該物理量的影響時，應控制其它與該物理量有關的因素不變，這種研究方法在物理上叫做“控制變量法”。 師：實驗表明，滑動摩擦力的大小與兩物體之間的壓力成正比，即。其中μ是比例常數（它是兩個力的比值，沒有單位）。叫做動摩擦因數。它的數值與兩物體的材料和接觸面粗糙程度（現(xiàn)在研究表明并非越光滑阻力越小）有關。N是物體之間的彈力，因為彈力與接觸面垂直，所以又叫做正壓力。 觀看滑動摩擦力的視頻文件 師：我這邊有些簡單的實驗儀器：木塊、長木板、彈簧秤、布面、砝碼等，課后同學們可以利用這些儀器設計實驗來驗這個結論。 例1：磚橫放和豎放在地面移動時受到的滑動摩擦力哪一個大？ 【牢記】：f與接觸面積無關。 例2：那物體分別做勻速直線運動和勻加速直線運動時的滑動摩擦力大小關系如何呢？ 【牢記】：f與相對運動速度無關。 例3、下列說法正確的是（AD） A. 只有相互接觸且發(fā)生相對運動的物體間才可能產生滑動摩擦力。 B. 只有運動的物體才可能受滑動摩擦力。 C. 受彈力的物體一定受滑動摩擦力 D. 受滑動摩擦力的物體一定受到彈力。 方向： 師：前面已經學過，滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。 F v F v 實例分析 例4、 (1) F v F v f f (2)汽車啟動時，車上貨物向后滑動，分析貨物受到的滑動摩擦力的方向。解：可以用書本上拉黑板擦來示范，讓學生明白，雖然貨物相對車是后退了，但相對于地面是前進了，其實常識也可以告訴我們：貨物從靜止到跟車一起以相同的速度向前運動，說明車啟動的過程中貨物也在加速啟動，那是誰給它這個動力的呢？很明顯是摩擦力?。? (3)汽車剎車時， 車上貨物向前滑動，試分析貨物受到的沒動摩擦力的方向。 解：貨物相對車向前， 是受到的摩擦力向后；車相對于貨物向后，則受到的滑動摩擦力向前。 （4）接觸面均不光滑。 A B A B B與地面之間的摩擦力與剛才一樣，先略過去，主要看AB之間的摩擦力。AB之間接觸擠壓，有相對運動，接觸面不光滑，所有條件滿足，所以AB之間有摩擦力的存在。A相對于B向右運動，所以B給它一個向左的摩擦力來阻礙它的這個相對運動。B相對于A向左運動，所以A給B一個向右的摩擦力來阻礙B的這個相對運動。（其實大家也可以想得到，系在墻上的繩子被拉緊了，肯定有一個力把A向左拉，那就是摩擦力了） （5）已知：傳送帶靜止時，將物體輕輕放上，物體將由靜止開始下滑，若傳送帶反向轉動時，會不會減緩物體下落速度甚至物體不下落呢？ （6）看圖，斜面光滑，傳送帶不光滑。若帶子不動時，物體從高處下來后會沖出帶子，若帶子反向轉動呢？ 例5、一物體正在水平桌面上沿正東方向做直線運動，物體與桌面間的動摩擦因數μ=0.2，物體的質量為m=10kg，g=10m/s2，此時物體正受一個沿正西方向的水平拉力F=20N的水平拉力的作用，求此時物體受到的滑動摩擦力。 解：物體相對于桌面向東運動，所以受到的滑動摩擦力方向向西，大小為 =0.21010=20N 三、靜摩擦力： 日常生活中我們常常見到這樣一種現(xiàn)象，一個大木箱停放在地面上，你用力推，沒推動，什么原因呢？有人會講：“你力氣太小唄”。那你們有沒有想過，是什么阻礙木箱的運動呢？我們先來對物體進行受力分析看看。 N G F N G F f 根據以前所學，我們知道物體受重力G、拉力F和支持力N。由于你沒有推動，物體是靜止的，根據牛頓第一定律，物體應該受力平衡即所受的力相互抵消?？磮D：圖中N和G相互抵消，但還剩下一個拉力F無法被消去，所以物體必然還受到一個我們以前沒有接觸過的力，該力與F等大反向。那么這個力是什么力呢？是誰施給物體呢？該力肯定是接觸力，而跟物體接觸的只有地面，難道也是地面給的？不錯！這個力就是地面給物體的，叫做靜摩擦力。大家想一想，如果地面是光滑的，那么推動這個物體還有那么難嗎？沒有，這說明這個力也是因為接觸在粗糙有摩擦造成的。由于這個力產生在相對靜止的兩個物體的接觸面上，所以叫做靜摩擦力。 師：剛才你向右推沒推動，理論分析受到的靜摩擦力向左，那如果你從右面向左推也沒有推動，那此時受到靜摩擦力應該向哪個方向呢？ 生：理論分析應該向右。 師：學習滑動摩擦力時，我們知道滑動摩擦力是阻礙相對運動，那你們知道靜摩擦力阻礙的是什么嗎？ 生：雖然物體間沒有相對運動，但在推力作用下物體有相對運動趨勢，所以我想靜摩擦力阻礙的是相對運動趨勢吧？ 師：回答得很好 ，下面我們來學習靜摩擦力的定義： 靜摩擦力：兩物體接觸擠壓且有相對運動趨勢時，接觸面上會產生一種阻礙相對運動趨勢的力，該力叫做靜摩擦力。 產生條件： 1、接觸并擠壓（彈力產生的條件） 2、有相對運動趨勢。 3、接觸面都不光滑。 大小： 還是推箱子的問題，如果你用10N的力推箱子沒有推動，理論分析說明此時的靜摩擦力大小是10N，如果你用100N還沒有推動，理論分析說明此時靜摩擦力的大小是100N，如果你用500N還是沒有推動，靜摩擦力就是500N。 但我們知道，隨著推力的增大，物體總有被推動的時候，當推力增大到某一個值時物體就要滑動，此時靜摩擦力達到最大值。所以叫做最大靜摩擦力。 那最大靜摩擦力與哪些因素有關呢？ 我們在日常生活中也經常看到這們的事實：在越粗糙的地面上想把箱子從靜止推動需要的力越大，同時在同一地面上，如果在箱子上坐一個人時與不坐人時需要的力要大些。那么從這些現(xiàn)象大家覺得應該與哪些因素有關呢？ 當推力達到最大靜摩擦力時，物體開始滑動，物體將受滑動摩擦力，那么滑動摩擦力與最大靜摩擦力的大小關系如何呢？ 演示實驗： 實驗裝置如右圖 在彈簧測力計的指針下輕塞一個紙團，它可以隨指針移動，并作為指針到達最大位置的標記。繼續(xù)用力，當拉力達到某一數值時木塊開始移動，此時測力計拉力示數突然減小，并且從此在拉力的作用下勻速直線運動。 作圖： F拉力 f摩擦力 0 物體不動 物體滑動 分析：物體開始由于靜摩擦力作用保持靜止，該過程中靜摩擦力始終等于拉力，所以圖象斜率等于1。當拉力達到時物體開始由靜止到運動，此后物體受到的摩擦力變?yōu)榛瑒幽Σ亮ΑＳ捎谠谖矬w開始運動的一瞬間測力計示數突然減小，說明物體受到的阻力突然減小，這就是說大于滑動摩擦力。又因為物體能在的作用下勻速直線運動，說明物體受到的滑動摩擦力大小是。 結論： 1、 靜摩擦力的大小由外部因素決定 ，一般可由物體的運動狀態(tài)進行受力分析中得出。（比如推箱子中，由于物體是靜止的，所以合外力是零，從而知道靜摩擦力隨推力的增大而增大）與μN無關，μN只決定最大靜摩擦力。 2、 ，一般情況下大于滑動摩擦力，無特殊說明情況下，近似認為等于滑動摩擦力。 帶領學生觀看視頻文件及動畫文件，加深印象。 方向：與相對運動趨勢相反。 如何判斷物體間是否有相對運動趨勢以及相對運動趨勢的方向 1、假設不存在法 什么叫做運動趨勢呢？就是有運動的動向卻沒有付諸行動，大家想一想，為什么物體間有相對運動的動向卻沒有付諸行動呢？就是因為有靜摩擦力阻礙了這個相對運動趨勢，使它沒有變成現(xiàn)實。那如果沒有靜摩擦力，物體的相對運動趨勢就應該能變成行動了，所以如果我們假設摩擦力不存在，那么我們從物體間運動狀態(tài)不同和物體受力分析中可以看出物體間是否有相對運動趨勢以及相對運動趨勢的方向。如下圖： 人推木箱沒推動，那木箱與地面之間有沒有摩擦力呢？假設摩擦力不存在，則木箱將會向右運動，說明存在靜摩擦力，且木箱相對于地面有向右運動的趨勢。 2、牛頓定律 其實大多情況下，我們并不是看物體的相對運動趨勢，我們只要綜合受力分析和牛頓定律，就可以判斷出靜摩擦力了。比如下圖，求AB間摩擦力和B地間摩擦力。 F A BF 勻速 因為A勻速，所以A應該受力平衡，A豎直方向受兩個力：重力；B對A的支持力，這兩力相互抵消。水平方向如果受摩擦力，則A不可能受力平衡，說明A肯定不受摩擦力。 舉例： 1、人用F力向右推箱子沒有推動 解：很明顯，如果沒有摩擦力，物體受到重力G、支持力N和推力F，物體是不能保持靜止的，將向右運動，所以箱子相對于地面有向右運動的趨勢，它受到的靜摩擦力方向向左。根據力的作用是相互的，所以箱子對地面的靜摩擦力是向右的。 2、三角斜面上靜止的木塊 解：如果不存在摩擦力，則物體受到重力G和支持力N是不能保持靜止的，將向下滑，所以木塊相對于斜面的運動趨勢是向下滑的，它受到的靜摩擦力沿斜面向上，斜面的受到的靜摩擦力沿斜面向下。 3、放在汽車里的箱子隨汽車由靜止啟動過程中與汽車沒有相對滑動。 解：如果不存在摩擦力，箱子只受重力G和支持力N，而且這兩個力相互抵消，由于物體本來是靜止的，所以物體應該仍然保持靜止，而汽車啟動了，則汽車相對于箱子向前了，箱子相對于汽車落后了，所以箱子受到向前的靜摩擦力，汽車受到向后的靜摩擦力。] 4、人行走時，腳與地面間的摩擦力是靜摩擦力還是滑動摩擦力，方向如何？ 解：帶領學生看動畫演示知：腳與地面的摩擦力是靜摩擦力，地面對腳的摩擦力方向向前。 5、自行車前后輪與地面的摩擦是靜摩擦還是滑動摩擦，前后輪所受摩擦力方向如何？ 解：是靜摩擦力，前輪所受摩擦力方向向后；后輪所受的摩擦力方向向前。 例6、一物體如圖所示，F(xiàn)由零逐漸增大直到物體剛要開始滑動，則整個過程中關于說法正確的是（AC） A. 逐漸增大，當剛要開始滑動時達到最大。 B. 大小不變 C. 方向一直水平向左 D. 方向先向左后向右。 例7、判斷靜摩擦力方向 1、人緊握瓶子水平移動 2、 3、 4、 V F A BF 靜止 F A BF 靜止 四、難點： 1、摩擦力（不管是靜摩擦力還是動摩擦力）可以動力也可以是阻力 動力和阻力是從效果上來講的： 動力：促進物體運動的力（暫時理解為該力與速度同向） 阻力：阻礙物體運動的力（暫時理解為該力與速度反向） 舉例：一個正在下落的物體，它受到重力G和空氣阻力f的作用，重力方向與速度同向，該力是動力，促進物體下落?？諝庾枇εc速度反向，阻礙物體下落，是阻力。 師：那摩擦力是動力還是阻力呢？ 生：阻力！ 師：為什么呢？ 生：因為摩擦力方向與速度方向相反！ 師：你怎么知道的呢？ 生：概念講的啊？ 師：概念怎么講的啊？再仔細看看！ 注意：摩擦力是與相對運動或相對運動趨勢相反，并不是與物體運動相反。（運動和相對運動不是一回事，無特殊說明的情況下我們講的運動通常是指物體相對于地面的運動，而摩擦力看的是產生摩擦力的兩個物體之間的相對運動） 舉例： 1、汽車啟動時，放在車里的箱子相對于汽車向后滑，這里箱子受到的摩擦力是動力還是阻力呢？箱子對汽車的摩擦力是動力還是阻力呢？ A B 解：是動力。箱子相對于汽車向后滑，所以箱子受到汽車向前的滑動摩擦力。有一點容易弄錯的是，雖然箱子相對于汽車向后，但其實箱子和汽車都是向前運動的（以文具盒壓在書本上然后抽來例），所以是動力。箱子對汽車的摩擦力是阻力。 2、緩慢（以接近0的速度勻速）拉動物體B， AB相對靜止，彈簧伸長。這段過程中B對A的靜摩力是動力還是阻力？A對B的摩擦力是動力還是阻力呢？ 解：B對A的摩擦力是動力。這里A相對于B有向后的運動趨勢，所以A受到B向前的靜摩擦力（從彈簧的伸長可以知道），同時A是向前運動，所以這里靜摩擦力是動力；A對B的摩擦力是阻力,因為A對B的靜摩擦力是向后的，而B是向前的，所以是阻力。 3、經典例子：兩塊木板間夾一木塊，任意方向勻速運動，受到靜摩擦力始終豎起向上，該力可以是動力或阻力看你向哪個方向勻速。 2、靜摩擦力還是滑動摩擦力看物體間是相對靜止還是相對運動 靜止的物體可以受到滑動摩擦力 在地面上推箱子，箱子對地面的摩擦力是滑動摩擦力，但地面卻是靜止的。 運動的物體也能受到靜摩擦力 物體在傳送帶上勻速度上升，它是運動的，但它卻受到靜摩擦力。 例8、G=400N的木箱放在水平地面上，=120N，μ=0.25，若分別用70N和150N兩力推，求f。 【解析】用70N力推時，推不動，所以是靜摩擦力，大小為70N；用150N推時，物體被推動了，物體受滑動摩擦力，大小為=100N 思考：給你一個長木板B和一木塊A，彈簧測力計，如何測A在B上滑動時受到的滑動摩擦力（兩種方法進行比較） A B A B 五、滾動摩擦： 除了滑動摩擦外，還有滾動摩擦。滾動摩擦是一個物體在另一個物體表面滾動時產生的摩擦。當壓力相同時，滾動摩擦比滑動摩擦小很多。滾動軸承就是根據這一點制成的。 六、生活中的摩擦 在生產、生活中，我們有時需要加大物體之間的摩擦力，有時又需要減小物體之間的摩擦力。鉆木取火利用了摩擦生熱，古埃及金字塔以滾動摩擦代替滑動摩擦、磁懸浮列車。 有利:鞋底做得越粗糙就越不容易打滑,是因為增加了鞋與地面的摩擦,因此要將鞋底做得更粗糙,才使人不易滑倒;木匠把木板打磨光滑,是用砂紙與木板的摩擦將木板打磨光滑的;洗衣機洗衣服是經過轉動使衣服與水產生摩擦,才能將衣服洗干凈的;等等,這些有利摩擦我們都要多多利用. 有害:機器運轉是會相互摩擦發(fā)熱,造成無謂的能量損失和有害與零部件,縮短了機械使用壽命,因此要把接觸面造得更加光滑;在泥濘的道路或雪地里,汽車容易打滑,易發(fā)生事故.所以要盡量將車輪造得更加粗糙或加鐵環(huán);等等這些都是有害摩擦