《静摩擦力》教学设计
2018-03-18周冬林
【摘 要】本文以人教版必修一《摩擦力》第一课时《静摩擦力》为例，阐述以小组为单位进行探究式合作学习的教学设计，以突破《静摩擦力》教学中的重难点，激发学生自主探究的兴趣，培养创新能力，提升学生的科学素养。
【关键词】静摩擦力 最大静摩擦力 合作探究
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2018）11B-0086-03
《摩擦力》是人教版物理高一年级上册第三章《相互作用》第三节的内容。力学是整个高中物理的基础，高中物理的难点在于受力分析，受力分析的难点在于摩擦力的分析。摩擦力是力学中的三大性质力之一，正确认识摩擦力对后面知识的学习有着至关重要的作用。这是一节科学探究课，教材从生活中的摩擦现象入手，以探究静摩擦力和滑动摩擦力与哪些因素有关为主线，安排学生猜想、设计实验、实验探究、合作交流等教学过程，让学生经历探讨两种摩擦力与压力、接触面粗糙程度关系的过程。体现新教材让学生在体验知识的形成、发展过程中，主动获取知识的精神。这节教材的内容与学生的生活实际及生产实际联系十分密切，教材的编写也突出了这一点。学生通过实验得出摩擦力的有关知识后，教师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。教师可将学生在初中学过的相关概念与本节的内容有机地融合在一起，力图从两种摩擦力的区别与联系出发，让学生从摩擦力产生的条件，影响摩擦力大小的因素、范围及其计算来理解两种摩擦力的异同，通过探究实验加深理解和巩固知识。
【教学目标】
1.了解静摩擦力的产生条件;
2.掌握静摩擦力方向的判断方法及大小的计算方法;
3.能正确区分静摩擦力与最大静摩擦力。
【教学重点】
掌握静摩擦力方向的判断方法及大小的计算方法。
【教学难点】
能正确区分静摩擦力与最大静摩擦力。
【实验器材准备】
1.演示教具。长木板一块、带线绳的大木块、测力计（力传感器）一套、砝码一盒、毛巾、玻璃瓶。
2.学生实验材料。每一组长木板一块，小木块一块、测力计（力传感器）一套，毛巾、砝码一盒。
【教学方法】
实验探究、分析归纳、观察提问、讨论分析。
【教学模式】
合作探究模式。
【教学过程】
一、课本图片导入，揭示课题
1.师：如图所示，小孩推箱子，用了很大的力却没推动，请问推不动的原因是什么？
〖设计意图〗导入静摩擦力的课题：静摩擦力。
（师板书：3.3 摩擦力—— 静摩擦力）
师：课堂上积极回答问题的同学，课后都将获得一枚胸章（笑脸）。
〖设计意图〗
鼓励学生积极参与到课堂中来，积极思考。
2.师：初中时，我们初步学习了静摩擦力，今天我们要进一步学习。
〖设计意图〗
首先，告诉大家不只是复习;然后，引发同学们思考到底进一步要学习什么？初中时仅学习到静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反，其大小与所受外力大小有关。
3.师：研究一个力，通常要研究它的哪些方面？
〖设计意图〗
确定本节课研究的目标：产生条件及三要素。
二、探究静摩擦力的产生条件
师：静摩擦力的产生需要什么条件？给大家 2 分钟时间进行交流讨论，2 分钟后，老师要请同学来回答。
生交流后汇报：相互接触且挤压、粗糙面粗糙、有相对运动趋势（课本上面写有）。
师复述并追问：（1）用力推与不用力推虽然结果都没有推动，但是有什么不同？（2）为什么非要相互挤压？不挤压就不能产生摩擦力吗？请举例说明。
师举实例：
例 1.手拿笔。不握紧时，笔会掉;握紧时，手对笔产生了压力，从而产生静摩擦力，保持笔静止。
例 2.磁吸座位表。一个把磁铁扣出来，另一个有磁铁。没有磁铁的那个不能吸在黑板上，有磁铁的那个能够吸在黑板上。是因为磁铁的吸引力，产生的挤压，才会产生静摩擦力。
〖设计意图〗
生汇报，师复述并适时追问引导。一方面，意在让其他同学跟上思路，参与进来;另一方面，给学生思维上设计“关卡”，反复推敲，加深理解，举一反三，最终归纳出静摩擦力产生的条件。
（师板书：1.产生条件。（1）两物体接触且接触面粗糙;（2）两物体间有相对运动趋势;（3）两物体相互挤压存在弹力）
三、探究静摩擦力的方向
师：用力向右推箱子时，由于箱子受到地面所施加的静摩擦力作用而保持静止，箱子有相对地面往哪个方向运动的趋势？（生答：向右）
师：箱子在水平方向上，除了受到小孩的推力之外，还受到地面的静摩擦力作用。根据二力平衡，地面对箱子的静摩擦力方向向哪边？（生答：向左）
師：如何描述静摩擦力的方向呢？（生答：跟物体相对运动的趋势方向相反）
（师板书：2.方向。跟物体相对运动的趋势方向相反）
〖设计意图〗
引导学生层层推进，从而归纳出静摩擦力的方向。
四、探究静摩擦力的大小
1.师：最后，我们再来研究静摩擦力的大小。你认为静摩擦力的大小跟哪些因素有关？
（生逐一回答。师副板书：粗糙程度、压力大小、接触面积、拉力大小）
〖设计意图〗
引导学生积极思考，敢于发表自己的意见。板书是为了能如实记录大家的想法，尊重学生的意见，同时为后面作进一步的探究打下基础。
接下来，用 PPT 同时展示下面步聚 2，3，4，5，6，并逐一提出明确的要求。
2.师：有了这些想法后，要设计实验来进行验证。请根据所给的仪器设计实验验证自己的猜想。
要求：（1）画出实验装置图，并说明利用图示如何得出静摩擦力的大小;（2）写出操作的基本步骤。
〖设计意图〗
（1）表达清楚所设计实验的原理及操作步骤，培养学生的语言表达、图样表达、实验设计能力。
（2）对实验方案进行交流分析：教师参与到小组讨论中，采用追问的方式使学生讨论、分析方案，对比各种实验方案的优劣。通过交流提升质疑的能力。
3.师：按照自己的设计方案进行实验，设定待测量的物理量，并设计表格纪录数据，定量验证。
〖设计意图〗
培养学生设计实验记录表格的能力。
4.师：通过实验，你得出的结论是什么？
〖设计意图〗
培养学生处理实验数据、进行归纳的能力。
5.师：把实验过程中你所发现的感兴趣的事情记录下来。
〖设计意图〗
课堂的延续性。
6.师：下面给大家 10 分钟时间，分小组进行实验，10 分钟之后，老师请学生回答。
（注意：學生做实验时，老师巡堂，积极地参与到学生讨论当中去，发现问题并引导，务必在 10 分钟内找到一组表现较好的，而且能帮助教师发现学生所存在的问题的小组，引导他们作好详细记录。并告诉他们这个小组要派代表上台展示，让他们做好准备）
〖设计意图〗
培养学生团结合作的能力，自主探究的能力，实践动手的能力，整理思路和语言表达的能力。
7.师：时间到。下面请第×××组的同学代表上台展示。
学生代表投影展示所设计的实验装置图示及操作方法，对所测量的数据进行分析并得出结论。然后问其他同学是否有不同意见。若有同学指出了错误，那就顺理成章的找出正确方法及结论。若无同学指出错误，则教师采用提问或质疑的方式启发学生发现错误，并找到正确结论。挖掘各个环节的亮点与不足，亮点要给予表扬，不足之处要寻找更好的办法。
〖实验装置简图〗
用测力计拉木块，木块不动，即平衡。对木块进行受力分析，水平方向上二力平衡，得出静摩擦力与拉力等大反向。通过测力计可以得出静摩擦力的大小。
〖实验方法〗控制变量法。
〖操作步骤〗
1.控制粗糙程度、压力大小、接触面积等因素不变，改变拉力大小，测量静摩擦力大小。
结论：
2.控制压力大小、接触面积、拉力大小等因素不变，改变粗糙程度（垫毛巾），测量静摩擦力大小。
结论：
3.控制接触面积、拉力大小、粗糙程度等因素不变，改变压力大小（在木块上加钩码），测量静摩擦力大小。
结论：
4.控制拉力大小、粗糙程度、压力大小等因素不变，改变接触面积（把木块横放或竖放），测量静摩擦力大小。
结论：
典型错误：同学们发现刚好拉动时，若正压力越大、接触面越粗糙，弹簧弹力 F 会越大，即静摩擦力越大，所以得出的结论是：若正压力越大、接触面越粗糙，静摩擦力越大。
师（解释）：刚好发生滑动时，静摩擦力达到了最大值，是最大静摩擦力。最大静摩擦力与接触面粗糙程度、压力大小有关，与接触面积无关。若正压力越大、接触面越粗糙，则最大静摩擦力越大。
（师副板书：fmax 与粗糙程度、压力大小有关，与接触面积无关。正压力越大、接触面越粗糙，则 fmax 越大）
师（问该同学）：你们组还发现了什么其他的结论？没有发生滑动时，静摩擦力跟哪些因素有关呢？若有，就继续说，若没有，对该同学提出表扬，然后再问其他同学。若没有同学发现，教师继续引导。
师：实验演示，加深理解。
手握玻璃瓶保持静止，手与玻璃瓶相互接触且挤压，接触面粗糙，由于瓶子的重力作用，会相对有向下运动的趋势，故手对玻璃瓶产生向上的静摩擦力。在竖起方向上，瓶子还受到重力作用，由二力平衡可知，静摩擦力与瓶子的重力等大。
若增加手对瓶子的压力，玻璃瓶仍然静止，则静摩擦力与瓶子的重力仍然等大，可见静摩擦力大小与压力大小无关。增大压力时，虽然没有增大静摩擦力，但却增大了最大静摩擦力，使玻璃瓶更不容易从手里滑落。
若在玻璃瓶外面包一条毛巾，再手握玻璃瓶保持静止，则静摩擦力与瓶子的重力等大，静摩擦力大小没有发生变化，可见静摩擦力大小与粗糙程度无关。增加粗糙程度时，虽然没有增大静摩擦力，但却增大了最大静摩擦力，使玻璃瓶更不容易从手里滑落。
（师板书：3.大小：0 〖设计意图〗 暴露学生的易错点，并加以纠正，加深对静摩擦力的理解。 五、教师总结，激趣存疑 如果两个物体之间发生相对滑动，那么，滑动摩擦力的方向、大小及其计算方法又将如何呢？最大静摩擦力与滑动摩擦力之间又有什么关系呢？ 下节课我们继续学习。 〖设计意图〗留下两个疑问以激发学生联想，激发学生学习第二课的兴趣。 请课堂上回答过问题的同学上来领取笑脸胸章，希望大家以后每天都开开心心地学习。 〖设计意图〗教师兑现诺言，以身作则，教育学生要诚信做人。 〖板书设计〗 【作者简介】周冬林（1982— ）男，湖南衡阳人，研究生学历，南宁市第二中学高中物理教师，中级职称，研究理论物理。 （责编 卢建龙）
