【連載】物理：人教版-高中 必修1-摩擦力 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案

課文原文（無(wú)）

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)目標(biāo)

1.知道摩擦力的定義及分類(lèi).
2.理解靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件.
3.會(huì)判斷摩擦力的方向及計(jì)算摩擦力的大小.
4.了解最大靜摩擦力的概念．

教學(xué)重難點(diǎn)

1.靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件.
2.判斷摩擦力的方向及計(jì)算摩擦力的大小、最大靜摩擦力的概念．

教學(xué)過(guò)程

[知識(shí)探究]

一、靜摩擦力

[問(wèn)題設(shè)計(jì)]

1．把木塊放在水平桌面上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向向右拉木塊，如圖1所示．

圖1

當(dāng)測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1N時(shí)，木塊沒(méi)有動(dòng)；逐漸增大拉力到2N時(shí)，木塊仍靜止；繼續(xù)增大拉力到4N時(shí)，木塊開(kāi)始移動(dòng)，此時(shí)拉力突然變小到3.8N，此后木塊勻速運(yùn)動(dòng)，拉力保持3.8N不變．

(1)木塊受到拉力1N時(shí)，有相對(duì)桌面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)但沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明什么呢？

(2)隨著外力的增大，靜摩擦力有什么變化？

(3)靜摩擦力在哪里產(chǎn)生？沿什么方向？

答案　(1)說(shuō)明桌面對(duì)木塊施加一個(gè)與拉力方向相反的、大小也為1N的力，這個(gè)力就是桌面對(duì)木塊的靜摩擦力．

(2)靜摩擦力的大小隨著外力的增大而增大，但有一個(gè)最大值．

(3)靜摩擦力產(chǎn)生在相對(duì)靜止但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體之間．靜摩擦力的方向與接觸面相切，與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反．

2.在礦山、碼頭、工廠(chǎng)中多用傳送帶將貨物由低處傳送到高處．如圖2所示，傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，貨物和傳送帶相對(duì)靜止．

圖2

(1)傳送帶靠什么力把貨物送到高處？此力方向如何？

(2)只有靜止的物體才受靜摩擦力嗎？靜摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)嗎？

答案　(1)靜摩擦力．靜摩擦力的方向沿斜面向上(與物體運(yùn)動(dòng)方向相同)．

(2)不是．靜摩擦力發(fā)生在兩 個(gè)相對(duì)靜止的物體之間，物體本身可以運(yùn)動(dòng)．

靜摩擦力阻礙的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并不總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)．靜摩擦力也可以是動(dòng)力．

[要點(diǎn)提煉]

1．定義：兩個(gè)物體之間只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，而沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力叫做靜摩擦力．

2．靜摩擦力產(chǎn)生的條件

(1)物體相互接觸且相互擠壓．

(2)接觸面粗糙．

(3)兩物體間相對(duì)靜止但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)．

注意　兩物體是“相對(duì)靜止”，并不是靜止．

3．靜摩擦力的方向

總是沿著接觸面，并且跟物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反．

注意　(1)與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反”，并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反．(2)靜摩擦力的效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)．

4．靜摩擦力的大小

(1)靜摩擦力的大小總隨迫使物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力的變化而變化，與正壓力大小無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．

(2)靜摩擦力有一個(gè)最大值，即最大靜摩擦力Fmax，靜摩擦力的范圍是0<F≤Fmax.

(3)靜摩擦力的大小一般根據(jù)平衡條件求解．如圖3中水平力F＝1N、2N、3N時(shí)物塊沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力大小分別為1N、2N、3N.

圖3

[延伸思考]

產(chǎn)生靜摩擦力的條件之一是“兩物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”．那么，何為“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”？如何判斷“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的方向？

答案　“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”是指一個(gè)物體相對(duì)于與它接觸的另一個(gè)物體有運(yùn)動(dòng)的可能，但還處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)．例如用力推木箱，木箱未動(dòng)，但木箱有相對(duì)地面向前的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)．

“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向”是指假設(shè)接觸面光滑時(shí)，物體將要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向．如圖，物體靜止在粗糙斜面上，假設(shè)斜 面光滑時(shí)，物體將沿斜面下滑，即物體靜止時(shí)，相對(duì)(斜面)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向是沿斜面向下．

二、滑動(dòng)摩擦力

[問(wèn)題設(shè)計(jì)]

1.用力將黑板擦(毛較長(zhǎng))在黑板上滑動(dòng)，觀(guān)察毛刷的 彎曲方向．如圖4所示，毛刷為什么向后彎曲？

圖4

答案　因?yàn)槊⑺芑瑒?dòng)摩擦力的方向沿板面，與板擦運(yùn)動(dòng)方向相反．

2．把手按在桌面上，用力向前滑動(dòng)，手有什么感覺(jué)？增大手與桌面的壓力，感覺(jué)有什么不同？這說(shuō)明什么？閱讀課本，寫(xiě)出滑動(dòng)摩擦力的公式．

答案　手受到向后的阻力(滑動(dòng)摩擦力)．感覺(jué)手受到向后的阻力(滑動(dòng)摩擦力)增大．滑動(dòng)摩擦力大小隨著壓力的增大而增大．F＝μFN.

[要點(diǎn)提煉]

1．定義：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)時(shí)，會(huì)受到另一個(gè)物體阻礙它滑動(dòng)的力，這種力叫做滑動(dòng)摩擦力．

2．滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件

(1)兩物體相互接觸且相互擠壓．

(2)接觸面粗糙．

(3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)．

3．滑動(dòng)摩擦力的方向

總是沿著接觸面，并且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反．

注意　(1)與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反”，并不是與“運(yùn)動(dòng)方向”相反．

(2)滑動(dòng)摩擦力的效果是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)．

4．滑動(dòng)摩擦力的大小

滑動(dòng)摩擦力的大小跟壓力成正比．

公式：F＝μFN，μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，取決于相互接觸的兩物體的材料和接觸面的粗糙程度，與接觸面的面積無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)，與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．

[典例精析]

一、對(duì)摩擦力概念的理解

例1 　關(guān)于摩擦力的產(chǎn)生，下列說(shuō)法中正確的是(　　)

A．相互壓緊的粗糙物體間一定有摩擦力

B．有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體間一定有摩擦力

C．相互壓緊并運(yùn)動(dòng)的物體間一定有摩擦力作用

D．只有相互壓緊和發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的物體間才可能有摩擦力的作 用

解析　要產(chǎn)生摩擦力，首先要有彈力，其次要接觸面不光滑，還要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故只有D正確．

答案　D

二、靜摩擦力

例2 　如圖5所示，有一重力不計(jì)的方形容器，被水平力F壓在豎直的墻面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢地向容器內(nèi)注水，直到將容器剛好盛滿(mǎn)為止，在此過(guò)程中容器始終保持靜止，則下列說(shuō)法中正確的是(　　)

圖5

A．容器受到的摩擦力不變

B．容器受到的摩擦力逐漸增大

C．水平力F可能不變

D．水平力F必須逐漸增大

解析　容器處于平衡狀態(tài)，在豎直方向上重力與摩擦力平衡，盛滿(mǎn)水前墻面對(duì)容器的靜摩擦力一直增大，如果一直沒(méi)有達(dá)到正壓力F作用下的最大靜摩擦力，則水平力F可能不變，選項(xiàng)B、C正確．

答案　BC

三、滑動(dòng)摩擦力

例3 　裝修工人在搬運(yùn)材料時(shí)施加一個(gè)水平拉力將其從水平臺(tái)面上拖出，如圖6所示，則在勻速拖出的過(guò)程中(　　)

圖6

A．材料與平 臺(tái)之間的接觸面積逐漸減小，摩擦力逐漸減小

B．材料與平臺(tái)之間的接觸面積逐漸減小，拉力逐漸減小

C．平臺(tái)對(duì)材料的支持力逐漸減小，摩擦力逐漸減小

D．材料與平臺(tái)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)不變，支持力也不變，因而工人拉力也不變

解析　勻速拉動(dòng)的過(guò)程只能持續(xù)到重心離開(kāi)臺(tái)面的瞬間，材料的重心在臺(tái)面上，故材料對(duì)臺(tái)面的壓力不變，故材料受到的支持力不變，故C錯(cuò)誤；而在拉動(dòng)過(guò)程中動(dòng)摩擦因數(shù)不變，由F＝μFN可知摩擦力是不變的，故A、B錯(cuò)誤；因?yàn)椴牧献鰟蛩僦本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，摩擦力不變，所以工人的拉力是不變的，故D正確．

答案　D

例4 　質(zhì)量為2kg的物體靜止在水平地面上，如圖7所示，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力視為相等，給物體一水平推力F.(取g＝10N/kg)

圖7

(1)當(dāng)推力大小為5N時(shí)，地面對(duì)物體的摩擦力是多大？

(2)當(dāng)推力大小為12N時(shí)，地面對(duì)物體的摩擦力是多大？

(3)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然把推力去掉，此時(shí)地面對(duì)物體的摩擦力是多大？

解析　在地面上，F(xiàn)N＝mg，則滑動(dòng)摩擦力( 即最大靜摩擦力Fmax)大小為Fmax＝μFN＝μmg＝0.5×2×10N＝10N.

(1)當(dāng) 推力F＝5N時(shí)，F(xiàn)<Fmax，物體靜止，則由二力平衡知：地面對(duì)物體的靜摩擦力的大小F靜＝F＝5N.

(2)當(dāng)推力F＝12N時(shí)，F(xiàn)>Fmax，物體滑動(dòng)，則地面對(duì)物體的滑動(dòng)摩擦力的大小F滑＝μFN＝μmg＝10N.

(3)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然把推力去掉，地面對(duì)物體的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，其大小F滑′＝10N.

答案　(1)5N　(2)10N　 (3)10N

[課堂要點(diǎn)小結(jié)]

摩擦力的比較

靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力說(shuō)明

產(chǎn)生條件相同點(diǎn)①相互接觸；②相互擠壓；③接觸面粗糙最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力稍大；在有些計(jì)算中可認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力

不同點(diǎn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)

力的三要素大小不同點(diǎn)被動(dòng)力，與壓力無(wú)關(guān)，大小為0<f≤fmax 與壓力成正比，公式f＝μf<="" span="">N

方向相同點(diǎn)①與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)直接 關(guān)系，可與運(yùn)動(dòng)方向同向，也可與運(yùn)動(dòng)方向反向或者成某一夾角；②與接觸面相切；③與同一接觸面上的彈力方向垂直

不同點(diǎn)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反

作用點(diǎn)相同點(diǎn)在接觸面上，作力的圖示時(shí)，可根據(jù)等效原理畫(huà)到物體的重心上

[自我檢測(cè)]

1.(靜摩擦力)置于水平地面上的物體在沿水平方向的拉力作用下，仍處 于靜止，則物體所受靜摩擦力的大小(　　)

A．與壓力成正比

B．等于水平拉力

C．小于滑動(dòng)摩擦力

D．在物體上疊放另一物體，該物體受到的靜摩擦力不變

答案　BD

解析　靜摩擦力的產(chǎn)生取決于使物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力的作用，也就是等于平行于接觸面切線(xiàn)方向的外力的大小，與壓力大小無(wú)關(guān)，故B、D正確．

2．(靜摩擦力)用手握住瓶子，使瓶子在豎直方向懸空靜止，如圖8所示．關(guān)于瓶子所受的摩擦力，下列說(shuō)法正確的是(　　)

圖8

A．握力越大，摩擦力越大

B．只要瓶子不動(dòng)，摩擦力的大小就與握力的大小無(wú)關(guān)

C．如果握力加倍，則摩擦力的方向由向下變成向上

D．手越干越粗糙，摩擦力越大

答案　B

解析　只要瓶子靜止，根據(jù)二力平衡的知識(shí)，瓶子在豎直方向上受到的靜摩擦力與重力總是等大反向，與握力大小無(wú)關(guān)．B項(xiàng)正確．

3．(滑動(dòng)摩擦力的理解)以下關(guān)于滑動(dòng)摩擦力的說(shuō)法中，正確的是(　　)

A．滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反

B．滑動(dòng)摩擦力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)

C．滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反

D．兩個(gè)相互接觸的物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，它們都要受到滑動(dòng)摩擦力的作用

答案　C

解析　滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，但與物體的運(yùn)動(dòng)方向既可能相同，也可能相反，既可能促進(jìn)物體的運(yùn)動(dòng)，也可能阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤，C正確．摩擦力的產(chǎn)生必須具備三個(gè)條件，兩個(gè)相互接觸的物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，接觸面間相互擠壓和粗糙的條件不一定具備，此時(shí)物體間不一定有摩擦力，D錯(cuò)誤．

4．(摩擦力大小的計(jì)算)用20N的水平力在水平地面上拉重60N的物體時(shí)，物體恰能被拉動(dòng)；物體運(yùn)動(dòng)后只需18N的拉力即可使物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．該物體靜止在水平地面上，若用15N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為_(kāi)_______；若用30N的水平力拉該物體，物體受到的摩擦力大小為_(kāi)_______；物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______．

答案　15N　18N　0.3

解析　水平力為20N時(shí)恰能拉動(dòng)物體，說(shuō)明最大靜摩擦力Fmax＝20N．若用F1＝15N的力拉物體，由于F1 Fmax，物體受滑動(dòng)摩擦力，大小為F滑＝18N．又由F滑 ＝μFN得μ＝F滑/FN＝18N/60N＝0.3.

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