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教学设计
第3节 摩擦力
摩擦力是在学完弹力与重力之后,学生接触到的又一种常见的力。通过摩擦力的学****能使学生更加准确理解牛顿第一定律及运动和力的关系;帮助学生正确地进行受力分析;也为后面有用功、额外功、机械效率的学****打好根底。
摩擦力定义的引出是本节的一个难点,本节课利用日常生活中的具体事例来引入新课,以激发学生的学****欲望,表达了从生活走向物理的教学思想。在探究“影响滑动摩擦力大小的因素〞时,安排了学生猜测、设计实验、实验探究、合作交流等教学过程,让学生经历探讨滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度关系的过程。很好地表达了新课标教材让学生在体验知识的形成、开展过程中,主动获取知识的精神。通过实验得出摩擦力的有关知识后,注重引导学生运用所学的知识去分析解释生活生产中的摩擦现象,还引入磁悬浮列车、气垫船等与现代科技联系很密切的内容。很好地表达了新课程“从生活走向物理,从物理走向社会〞的理念。
探究影响摩擦力大小的因素是本节的重点,主要采用探究式教学,摩擦力的测量涉及二力平衡知识和弹簧测力计的具体应用。通过实验让学生提出问题,进行猜测,学生讨论设计实验,学生分析实验数据得出结论,最后进行评估交流。整个过程全部交给学生,由学生自己完成,让学生亲自体验探究的乐趣、成功的喜悦。教师只起引导组织作用。
“增大和减小摩擦的方法〞是摩擦力知识在日常生活和生产中的具体应用。通过学****本节的知识,能提高学生利用所学知识解决实际问题的能力。因此这一节课无论在知识学****上还是培养学生的能力上,都有着十分重要的作用。
三维目标
知识与技能
,能够从日常生活中发现有关摩擦、摩擦力的现象;
;
;
,知道摩擦在生活中的实际意义。能应用所学知识解决增大和减小摩擦的问题。
过程与方法
,学****从实验数据归纳简单的物理学规律,培养学生的分析、概括能力;
,探究摩擦力跟物体外表受到的压力以及接触面的关系,并使学生尝试运用实验、归纳等科学的研究方法来研究问题;
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,并能够根据利弊分别采取措施改变摩擦力的大小。
情感、态度与价值观
,使学生体验到自主合作的乐趣,培养学生实事求是的科学态度;
,使学生认识到物理知识的重要性和对社会的价值。
教学重点
;
。
教学难点
摩擦力的概念。
课时安排
1课时
教学准备
弹簧测力计、带挂钩的木块(侧面积不同)、砝码(或钩码)、玻璃板、毛巾、几支圆珠笔芯、毛刷、多媒体(PPT)等。
导入新课
一名女生与一名身强力壮的男生在教室内进行拔河比赛。
条件:女生穿普通运动鞋,男生穿旱冰鞋。
教师引导学生分析女生获胜的原因:主要是他们受到的摩擦力不同。
多媒体展示生活中的图片,让学生了解摩擦力和现代生活息息相关。
提出问题:
?
?
?
?
?
学生交流讨论,从而引出本节课题。
推进新课
一、摩擦力
引导学生列举日常生活中存在摩擦力的现象:用铅笔写字时,铅笔尖与纸之间的摩擦;用小刀削铅笔时,铅笔与小刀之间的摩擦;手在桌面上滑动时,手与桌面之间的摩擦;用黑板擦擦黑板时,黑板擦与黑板之间的摩擦等。
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提出问题:什么叫摩擦力呢?
实验探究:感受摩擦力
(1)手平放在桌面上,用力推或拉,使手在桌面上运动,感受有没有一个阻碍手运动的力;
(2)手平放在桌面上,用力推或拉,但保持手不动,感受有没有一个阻碍手运动的力;
(3)手平放在桌面上,保持手不动,也不用力推或拉,感受有没有一个阻碍手运动的力。
(设计说明:引导学生切身体验摩擦力,充分挖掘学生的自主探究能力)
指导学生自学:摩擦力概念。
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,这种力叫做摩擦力。
教师引导学生分组进一步讨论:具备什么条件才会产生摩擦力呢?
学生实验:
用两个刷皮鞋的毛刷毛对毛合在一起,并产生相对运动,学生看到两个毛刷的毛分别向不同方向弯曲,引导理解摩擦力的概念。并让学生进一步理解每个面受到摩擦力的方向,及摩擦力的施力物体、摩擦力产生的条件。
各学****小组讨论后,交流总结:
①两物体要互相接触;②接触面粗糙;③两物体之间有相互作用力;④两物体之间有相对运动。
教师对摩擦力产生的原因讲解说明:一般认为,摩擦力的产生是因为物体的外表不光滑。甲、乙两物体接触时,由于挤压,两个物体的凹凸局部相咬合,甲物体要发生运动或已经发生相对运动时,乙物体对甲物体的相对运动有一种阻碍的力,这就是摩擦力。
(设计说明:通过观察分析及讲解,利用学生熟知的现象和已有的经验,使学生认识摩擦力的存在条件和对物体运动的作用,明确什么是摩擦力。)
(1)学生进行课本第23页实验“测量滑动摩擦力〞
测量方法:用弹簧测力计水平拉动水平桌面上的物体,使其匀速滑动,弹簧测力计的示数等于物体滑动时受到的摩擦力的大小。
(2)研究影响滑动摩擦力大小的因素
引导学生进行猜测与假设
对于摩擦力,在初中阶段重点探究的是滑动摩擦力,那么,滑动摩擦力的大小可能与哪些因素有关呢?
进行引导:推动水泥地面上的木箱比推动大理石地面上的木箱费力;推动讲台在地面上滑动比推动书桌在地面上费力;(多媒体展示两个动画场景)从而导出猜测:(进行小组讨论和交流)
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可能与接触面粗糙程度有关;
可能与接触面所受压力有关;
可能与接触面的面积大小有关……
(设计说明:从学生的直观观察入手,有效创设问题情境,充分展示相关物理现象,鼓励学生进行观察与思考,启发和引导学生大胆提出问题。)
学生思考问题:
①如何改变物体对接触面的压力大小?②如何改变接触面的粗糙程度?③如何改变物体接触面积的大小?……
提出问题:在研究影响滑动摩擦力大小的某一个因素时,应采用怎样的研究方法?
交流讨论:应采用“控制变量法〞,即保持其他因素不变,只改变一个因素,当这一因素改变时对所研究的物理量是否产生影响。
分组实验:(1)探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系
在实验过程中,始终使用同一个木块的同一个面做接触面,在同一支持面上,用相同的速度拉动木块,保证了接触面积、接触面的粗糙程度等因素不变,只改变木块对长木板的压力。
实验步骤:
,用弹簧测力计拉动木块,使木块在木板上做匀速直线运动,记下此时弹簧测力计示数为F1;
,在木块上放几个钩码,用弹簧测力计拉动木块,使木块在木板上做匀速直线运动,记下此时弹簧测力计示数为F2;
,屡次测量实验;
、F2等各力的大小,假设各力不相等,说明滑动摩擦力大小与压力大小有关,否那么,无关。
数据记录表格:
实验次数
木块对木板的压力F/N
弹簧测力计示数F示/N
摩擦力大小f/N
1
2
3
实验结论:接触面粗糙程度一定,接触面间压力越大,摩擦力就越大。
(2)探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系
在实验过程中,始终使用同一个木块的同一个面做接触面,在不同的支持面上,用相同的速度拉动木块,保证了压力、接触面积等因素不变,只改变了木块对长木板的粗糙程度。
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实验步骤:
,用弹簧测力计拉动木块,使木块在木板上做匀速直线运动,记下此时弹簧测力计示数为F1;
,用弹簧测力计拉动木块,使木块在木板上做匀速直线运动,记下此时弹簧测力计示数为F2;
,重复以上步骤,屡次测量实验;
、F2等各力的大小,假设各力不相等,说明滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关,否那么,无关。
数据记录表格:
实验次数
接触面情况
弹簧测力计示数F示/N
摩擦力大小f/N
1
2
3
实验结论:接触面压力一定,接触面粗糙程度越大,摩擦力就越大。
(3)探究接触面积的大小是否会影响滑动摩擦力的大小
在实验过程中,我们始终使用同一个长方体木块的不同外表在同一个支持面上,用相同的速度拉动木块,保证了压力、接触面的粗糙程度等因素不变,只改变了长方体木块与支持面间的接触面积。
实验结论:接触面积的大小不影响滑动摩擦力的大小。
教师引导学生把前面的各个实验结论概括起来,得出结论:
影响滑动摩擦力大小的因素:(1)压力的大小;(2)接触面的粗糙程度。
二、摩擦的利用与防止
提出问题引导学生讨论:
?
?
?有害的摩擦我们又该怎么办?
举出例子说明并不是所有的摩擦都是有害的,生活中也存在有益的摩擦,如:鞋底摩擦大可防滑,在汽车轮胎上刻上花纹可以防打滑等。
生活中存在有益摩擦和有害摩擦。我们要增大有益的摩擦,减小有害摩擦。引导学生提出增大摩擦或减小摩擦都有什么方法。
学生同桌进行交流讨论,提出各种各样的方法和实例。如:
(1)火柴头与火柴盒摩擦片外表做得粗糙,它们之间摩擦,点燃火柴。
(2)用力压住桌面上在拉力作用下运动的木块,可以增大木块与桌面间的摩擦;
(3)用滚动摩擦代替滑动摩擦,可以减小摩擦;
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(4)在自行车轮的轴承中加润滑剂可以减小摩擦。
总结:增大摩擦的方法:(1)增大压力;(2)使接触面更粗糙。
减小摩擦的方法:①减小压力;②减小接触面的粗糙程度;③用滚动摩擦代替滑动摩擦;④使摩擦面别离。
(设计说明:把学过的物理知识用于生活,来解决社会生活中的实际问题。)
,是甲、乙两组拔河比赛的场景,不计绳重,以下说法错误的选项是( )。
,选体重大的运发动,能增大对地面的压力
,运发动身体后倾、两腿弯曲,可以降低重心
,拉力较大的一组最终获胜
,受到地面摩擦力较大的一组最终获胜
答案:C
,不是为了减小摩擦的是( )。
,在船底和水之间形成空气垫
“鲨鱼皮〞为代表的高科技泳衣比赛
,司机将车轮用铁链或绳子绕起来行驶
答案:D
,属于增大有益摩擦的是( )。
答案:D
,原因是汽车行驶在结了冰的路面上时,所受到的______________小,容易打滑;防止这类交通事故的措施之一是:_____________________。
答案:摩擦力 给汽车车轮装防滑链
“探究摩擦力大小与哪些因素有关〞的实验中,同学们提出以下猜测:
为了验证以上猜测是否正确,同学们利用如下图装置及有关器材进行实验,实验数据如下:
序号
实验条件
测力计示数/N
长方体木块的放置
外表情况
压力/N
1
平放
木板
8
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2
平放
木板
12
3
平放
木板
16
4
侧放
木板
16
5
竖放
木板
16
6
平放
木板上铺棉布
8
7
平放
木板上铺毛巾
8
(1)由序号1、2、3的三次实验,可以验证猜测______(填字母);
(2)要验证猜测B,应选取序号为________的三次实验;
(3)根据表中信息,能否验证猜测D?______(填“能〞或“不能〞)。
答案:(1)A (2)1、6、7 (3)不能
研究自行车上的摩擦
学生课下分成研究小组对自行车进行研究:(1)自行车上的哪些部位存在摩擦?(2)哪些摩擦是有益的?哪些摩擦是有害的?(3)使用自行车时如何增大有益摩擦和减小有害摩擦?
摩擦力是日常生活中经常遇到的一种力,利用日常生活中的具体事例来引入新课,以激发学生的学****欲望,表达了从生活走向物理的教学思想。在摩擦力的定义中,“相对运动〞是学****的一个难点,本节课通过事例解决了这个问题,且让学生知道什么时候有摩擦,什么时候没有摩擦。
在“研究影响滑动摩擦力大小的因素〞实验中,安排了学生猜测、设计实验、实验探究、合作交流等教学过程。其实在此过程中有些组的方案经实践检验是不成功的,为此他们学会了如何评估他人和自己所做的工作;通过实验得出摩擦力的有关知识后,引导学生运用所学的知识去分析解释大量生活生产中的摩擦现象,很好地表达了新课程“从生活走向物理,从物理走向社会〞的理念。
本节课以探究滑动摩擦力的特点这一知识为载体,以控制变量这种方法为主线,以提升学生的科学素养为目的,较好地实现了三维一体的教学目标,让学生体验了较为完整的科学探究过程。整个课堂对学生来说是开放的,通过探究性的实验,突出了科学探究的过程,学生在课堂上活动时间较为充分,是一节较完整的、典型的科学探究课。
摩擦的本质
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凹凸啮合说。这是从15世纪至18世纪,科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论,啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体外表粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸局部就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起局部相碰撞,产生断裂、磨损,就形成了对运动的阻碍。
粘附说。这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出,他认为两个外表抛得很光的金属,摩擦会增大,可以用两个物体的外表充分接触时它们的分子引力将增大来解释。上世纪以来,随着工业和技术的开展,对摩擦理论的研究进一步深入,到上世纪中期,诞生了新的摩擦粘附论。新的摩擦粘附论认为,两个互相接触的外表,无论做得多么光滑,从原子尺度看还是粗糙的,有许多微小的凸起,把这样的两个外表放在一起,微凸起的顶部发生接触,微凸起之外的局部接触面间有10-8m或更大的间隙。这样,接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小,微凸起的顶部发生弹性形变;如果法向压力较大,超过某一数值(每个凸起上约千分之几牛顿),超过材料的弹性限度,微凸起的顶部便发生塑性形变,被压成平顶,这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子(原子)引力发生作用的范围,于是,两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼此接触的外表发生相对滑动,必须对其中的一个外表施加一个切向力,来克服分子(原子)间的引力,剪断实际接触区生成的接点,这就产生了摩擦。
人们通过不断实验和分析计算,发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦,其中粘附理论提出的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上,两种机理的表现有所偏向:对金属材料,产生的摩擦以粘附作用为主,而对木材,产生的摩擦以啮合作用为主。实际上,关于摩擦力的本质,目前尚未有定论,仍在深入探讨之中。
拔河问题
拔河比赛比的是什么?很多人会说,当然是比哪队的力气大喽!果真是这样的吗?
根据牛顿第三定律,拔河的两个队,甲对乙和乙对甲有一样大小的拉力,可见,双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。对拔河的两队进行受力分析可知,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动。因此,增大与地面的摩擦力才是获胜的关键。
首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大。另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比方,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利。