5 运动与摩擦力教学设计-2024-2025学年科学四年级上册教科版

5 运动与摩擦力 教材分析 《运动与摩擦力》是第三单元第5课。本节课主要是研究摩擦力在什么情况下产生，怎样测量摩擦力的大小，以及减小摩擦力的方法。“聚焦”中，通过古人用滚木搬运重物的场景，引出研究物体在运动中产生并受到摩擦力，以及如何减小摩擦力的问题。“探索”中，安排了三个活动：一是研究物体在多大的力的作用下能够从静止开始运动，也就是小车受到的最大静摩擦力的大小；二是研究将滚木垫在重物下方时，需要多大的力才能让物体从静止到运动；三是研究给物体装上轮子后，需要多大的力才能让物体从静止到运动。这三个活动的目的是让学生发现物体从静止到运动需要克服摩擦力，以及可以用在物体下方垫滚木、安轮子的方式来减小物体运动时所受到的摩擦力。“研讨”中，学生通过实验数据判断哪种运动方式最省力，并利用所学的科学知识来解释现实中的问题。“拓展”中，通过介绍气垫船和磁悬浮列车应用什么原理来减小摩擦力，以及气垫船模型和磁悬浮陀螺的制作，进一步引导学生认识摩擦力，从而拓展了学生的视野。 学情分析 根据已有的生活经验，学生对“摩擦”这个词已经比较熟悉，对物体运动时会受到摩擦力的现象也是比较熟悉的，但他们对“摩擦力是在什么情况下产生的”“怎样知道摩擦力的大小”“如何能减小摩擦力”等问题却很少思考，因此就需要教师进一步引导他们去开展探究学习。 教学目标 科学观念 通过使用不同的方式拉动重物，知道一个物体在另一个物体表面运动时，接触面会发生摩擦，认识到摩擦力大小与物体的运动方式有关。知道物体滚动时所受的摩擦力比它滑动时所受的摩擦力小 科学思维 能用对比、测量的方法，区别物体的运动方式；能通过实验记录的数据，分得出“物体的运动方式不同，产生的摩擦力大小也不同”的结论。 探究实践 在实际实验操作中，能用垫圈数表示摩擦力的大小，会对比不同运动方式下的测量结果。 态度责任 在探究过程中，乐于表达自己的观点和倾听他人的意见，能接受别的同学的合理意见并积极改进自己的实验设计，能用实验数据来验证自己的猜测，养成乐于与人合作和严谨的科学态度。 重点难点 重点 了解摩擦力，知道摩擦力是有大小的。 难点 通过实验探究摩擦力的大小与物体的运动方式有关，知道物体滚动时所受的摩擦力一般比它滑动时所受的摩擦力小。 教学准备 教师准备 橡皮、圆铅笔、胶棒、四个小车轮、两个车轴、纸盒、垫圈、托盘、绳子、一端装有滑轮的木板、多媒体课件、班级记录表等。 学生准备 学生活动手册。 教学设计 一、导入新课 谈话：金字塔是古人建筑的雄伟工程之一。在那个没有起重机、挖掘机和汽车等机械的时代，人们是怎样搬运巨大的石头，砌成这样宏伟壮观的高大建筑的呢？ 出示图片，引导学生看一看。 思考：人们为什么用这种方法搬运巨大的石头？ 提示：用这样的方法搬运石头更省力。 引导：为什么用这种方法搬运石头更加省力呢？今天我们就一起来探讨这个问题。 设计意图：创设情境，让学生进行感知，并提出问题，激发学生的思考兴趣。 二、活动过程 （一）活动1：认识摩擦力 1．引导学生用手掌在桌面上轻轻滑动，再用手掌使劲压在桌面上滑动，然后说一说自己有什么感觉，比较两种方式下自己的感觉有什么不同。 提示：用手掌在桌面上轻轻滑动，不需要用多大的力；用手掌使劲压在桌面上滑动，需要很大的力气。 2．为什么会有这种感觉呢？ 提示：因为手掌在桌面上滑动时，在我们的手掌和桌面之间产生了一种力，这种力会影响我们的手掌在桌面上的滑动。 3．认识摩擦力 出示教材第52页中的“资料”，让学生读一读，了解什么是摩擦力。 提示：一个物体在另一个物体的表面运动时，两个物体的接触面会发生摩擦，运动物体往往会受到一种阻碍运动的力，这种力叫摩擦力。 设计意图：利用多种方法，让学生感知摩擦力的存在，促进学生对摩擦力的理解和掌握。 （二）活动2：探究用不同的方式搬运重物时拉力大小的不同 1．教师引导：既然物体运动时，物体与物体之间会产生摩擦力，那么，用不同的方式搬运重物时，拉力会有怎样的不同？下面我们就通过实验来探究一下。 （1）实验材料：纸盒、托盘、垫圈、绳子、一端装有滑轮的木板、橡皮、圆铅笔、胶棒等。 （2）实验方法：在纸盒里放入橡皮、胶棒等物体，通过垫圈拉动纸盒在粗糙的平面上运动一段距离。 2．全班交流：我们可以通过哪些方式搬运纸盒里的重物？ 提示： （1）让纸盒在平面上直接滑动。 （2）在纸盒下面垫上圆铅笔，让纸盒在圆铅笔上滑动。 （3）给纸盒安装上轮子，使纸盒向前移动。 3．实验操作： 第1步：将装了重物的纸盒放在木板上，往托盘里逐 渐增加垫圈，当纸盒开始运动时，记录下垫圈的数量。 第2步：用圆铅笔做“滚木”，放在装着重物的纸盒下面，往托盘里逐渐增加垫圈，当纸盒开始运动时，记录下垫圈的数量。 第3步：给纸盒安上轮子，往托盘里逐渐增加垫圈，当纸盒开始运动时，记录下垫圈的数量。 4．教师引导：通过刚才的三次实验，我们初步看出了运用不同的方式搬运重物，所需的拉力有大有小。下面请大家完善好本小组的实验记录，准备全班交流。 5．教师小结：通过实验，我们发现在运用不同方式搬运重物时，所需的拉力有大有小。重物在木板上直接滑动时，所需的拉力是最大的；给重物安上轮子向前移动时，所需的拉力是最小的。 6．思考：为什么重物直接在平面上滑动时，所需的拉力是最大的？而给重物安装上轮子向前移动时，所需的拉力是最小的？ 提示：这主要是因为摩擦力的大小不同。当我们让重物直接在平面上滑动时，平面与重物之间的摩擦力是最大的，因此，需要的拉力也是最大的；给重物安装上轮子，轮子和平面之间的摩擦力就小了很多，因此，需要的拉力也就小了很多。 7．交流讨论：在第2次实验中，我们是利用“滚木”来移动重物。请大家想一想，用“滚木”移动重物有什么优点和缺点。 提示：用“滚木”移动重物的优点是可以省力，缺点是重物会颠簸，且用这种方法移动重物比较麻烦。 8．教师小结：其实，在第3次实验中，给重物安装上轮子向前移动，轮子就可以看成是随重物同步移动的“滚木”。人类发现了可以用滚动的方式使重物前进时更省力，是一个了不起的创举。 设计意图：利用实验探索用不同的方式搬运重物时拉力大小的不同，进一步培养了学生的探究能力。 （三）研讨 1．我们发现物体与物体之间的摩擦力与拉力有着很大的关系，摩擦力越大，拉力越大，摩擦力越小，拉力越小。那么，怎样搬运重物最省力呢？用哪一种方式搬运重物时产生的摩擦力最小？ 提示：使用轮子搬运重物最省力，使用轮子搬运重物时产生的摩擦力也最小。 2．在生活中，到处都存在摩擦力，有的时候我们需要增大摩擦力，有的时候我们需要减小摩擦力。 3．出示教材第53页“鞋底的花纹”的图片，让学生看一看，想一想：鞋底为什么会有花纹？鞋底有花纹是为了增大摩擦力，还是减小摩擦力？ 提示：鞋底有花纹是为了增大摩擦力。增大鞋子与地面之间的摩擦力，可以防止在走路的时候因为摩擦力过小而滑倒。 4．出示教材第53页“自行车轴承”的图片，让学生看一看，想一想：在自行车的轴承上涂抹润滑油是为了增大摩擦力，还是减小摩擦力？为什么？ 提示：在自行车的轴承上涂抹润滑油是为了减小摩擦力。这样，我们在骑自行车的时候就可以更省力了。 5．在日常生活中，除了以上两种情况，还有哪些地方需要减小摩擦力，哪些地方需要增大摩擦力呢？请大家举例。 提示： （1）增大摩擦力的例子：汽车方向盘上有花纹；乒乓球拍上粘贴橡胶；冬天结冰时，在轮胎上缠绕防滑链；冬天道路结冰，在上面撒上沙子等。 （2）减小摩擦力的例子：行李箱下装有轮子；电风扇转轴制作得很光滑；菜刀的刀面很光滑；儿童滑梯的表面很光滑等。 设计意图：对核心问题进行研究，夯实了学生的科学概念，丰富了学生的科学知识。 （四）拓展延伸 出示教材第53页下方的图片，引导学生看一看，想一想：气垫船和磁悬浮列车分别是怎样减小摩擦力的？ 提示：气垫船是利用高压空气，在船面和水面之间形成气垫，使船体离开水面，而实现高速航行的。气垫船行驶时，船体与水面之间有很薄的一层空气，因此气垫船与水面几乎没有接触，水面和气垫船之间的摩擦力就很小。 磁悬浮列车上装有电磁体，铁路轨道上则装有线圈。通电之后，线圈产生的磁场极性与列车上的电磁铁极性总保持相同，两者同性相斥，排斥力使列车悬浮起来，列车与铁轨没有接触，摩擦力就非常小。 设计意图：丰富学生的知识，拓展学生的视野，从而培养学生的创新意识。 三、课堂小结 今天这节课，我们学习了运动与摩擦力的相关知识，通过探究实验知道了摩擦力越小，拉力越小，摩擦力越大，拉力越大。在日常生活中，有很多地方需要增大摩擦力，也有很多地方需要减小摩擦力。希望同学们在课后继续了解生活中增大摩擦力和减小摩擦力的现象。 板书设计 5 运动与摩擦力 一个物体在另一个物体的表面运动时，两个物体的接触面会发生摩擦，运动物体往往会受到一种阻碍运动的力，这种力叫摩擦力 摩擦力越大，拉力越大；摩擦力越小，拉力越小 用滚动的方式可以减小摩擦力 教学研讨 在本节课的教学设计中，注重引导学生对摩擦力的产生、摩擦力大小的测量以及增大或减小摩擦力的方法等方面的研究。整个教学过程中，利用实验和讨论的方式，让学生明白“摩擦力越小，拉力越小，摩擦力越大，拉力越大”，并在教学中注重对知识应用的拓展，通过解释生活中的常见现象，提升了学生的科学素养。 备课资料 教学活动设计 为了进一步促进学生对摩擦力的理解，并在生活中加以应用，可以给学生设计这样的题目：王大爷家最近买了一套新房，这两天准备装修卫生间了，装修公司的师傅催他赶快把地砖买回来。请你帮他出出主意，买什么样的地砖好呢？若有学生建议使用有花纹的瓷砖，教师就可以让学生说说这样选择的理由。 科学知识聚焦 摩擦力 两个相互接触并挤压的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势（即两物体间将动未动）时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫摩擦力。摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。摩擦力可分为滑动摩擦力、静摩擦力、滚动摩擦力三种。 1．滑动摩擦力 一个物体在另一个物体表面发生滑动时，接触面间产生的阻碍它们相对运动的摩擦力，称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和两物体间的压力大小有关。压力越大，物体的接触面越粗糙，产生的滑动摩擦力就越大。需要注意的是，“相对运动”是以相互接触的物体作为参照物的，而滑动摩擦力是阻碍物体相对运动时的力，故它不一定是阻碍物体的运动，即滑动摩擦力也可能是使物体运动的动力。 2．静摩擦力 两个相互接触并相互挤压，而又相对静止的物体，在外力作用下，如果只具有相对滑动趋势，而未发生相对滑动，则它们接触面之间出现的阻碍它们将要发生相对滑动的力，叫静摩擦力。静摩擦力在我们生活中有很重要的作用。比如，商场中的自动扶梯，人站着不动，却能被电梯带着运动的动力就是静摩擦。 3． 滚动摩擦力 一个物体在另一个物体表面滚动时，由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的阻碍滚动的力，叫滚动摩擦力。它实质上也是静摩擦力。一般情况下，物体之间的滚动摩擦力要远小于相同条件下产生的滑动摩擦力。因此，生活中很多地方采用利用滚动代替滑动的方式来减小摩擦力。例如，在交通运输以及机械制造工业上广泛应用滚动轴承，就是为了减少摩擦力。 摩擦力的利用与防止日常生活工作中，人们离不开摩擦力，离开摩擦力的生活是难以想象的。人们在利用摩擦力为人类服务的同时，也应尽可能减少其所带来的损害。 生活中，我们有时候需要减小摩擦力。例如，人们在自行车的前轴、中轴、后轴中加上滚珠，还要不定时地加润滑油来减小摩擦，同时还要及时地进行检修，及时给自行车的轮胎充气，以减小在骑行时受到的摩擦阻力；在使用机器时，也应提前在转带和机器滑轮之间、机器的各零部件之间添加润滑油，这样在机器的运转过程中，既减少了机器中各零部件磨损，又将机器的发热程度降到了最低，大大地延长了机器的使用寿命。 同时，我们有时候则需要增大摩擦力。例如，搭建房屋时，需要在砖与砖、砖与板材、板材与板材之间合理地涂抹水泥，这样才能让建筑好的房屋更加牢固。 这样的事例还有很多，但人们怎样才能合理地增大和减小摩擦力，让其可以更好地为人类服务呢？这就需要了解摩擦力的相关知识。 想要增大摩擦力，就要增大物体之间的正压力并增大接触面的粗糙程度；想要减小摩擦力，就需要减小物体之间的正压力并让接触面更加平滑，还可以用滚动代替滑动、使接触面分开等方法来减小摩擦力。 课后实践活动 ［活动主题］“调查人们是怎样增大和减小摩擦的”实践活动 ［活动目标］进一步夯实摩擦力的概念，并明白摩擦力在生活中的作用。 ［活动方法］撰写调查计划，进行调查行动，并做好调查记录，完成调查报告。 ［活动总结］摩擦力与人们的生活息息相关，要努力完善其利用，防止其损害。 教材知识延伸 知识点1 摩擦力的用途 在我们的印象中，摩擦力就是阻碍物体运动的力，事实却并非如此。在有些情况下，摩擦力是物体运动所需的动力。 【知识拓展】 1．我们走路时，鞋底对地面向后施力，因摩擦而产生向前的作用力，我们才得以行走。而我们在光滑的冰面和地面上步行时，会因为摩擦力太小而难以移动。 2．我们能用手拿起东西，也是因为有摩擦力的存在。例如，我们用筷子夹食物时，筷子的表面必须稍微粗糙且不宜太光滑，才能靠摩擦力帮忙把食物送入口中。 3．汽车也是利用轮胎与地面之间的摩擦力而得以快速行驶的。当汽车的引擎带动轮子转动时，轮子和地面的接触点对地面向后施力，因此轮子获得一向前的摩擦力，正是这个力推动汽车前进。 4．许多机械的设计也都是利用了摩擦来传递动力。例如，汽车内的飞轮是利用皮带和轮槽间的摩擦来传动的，用于驱动风扇、发电机等。为避免打滑，这些皮带的内面还铸成齿状，以增强摩擦。 知识点2 增大摩擦和减小摩擦 在日常生活中，摩擦是一种极为普遍的现象。在生活中，应用摩擦的例子有很多，例如，走路和跑步时需要鞋子跟路面间的摩擦，吃饭喝水时需要手跟碗碟、筷子、杯子间的摩擦等。但摩擦的存在也会给我们的生活带来不利的一面，例如，机器的开动需要克服摩擦，不但会白白消耗动力，还会造成机器零部件的磨损并使机器发热，这样既浪费能源，又缩短了机器零部件的使用寿命。因此，在生活中，我们应合理利用摩擦，并尽可能减少摩擦给我们带来的损害。 【知识拓展】 1．增大有益摩擦的方法 （1）增大物体接触面的粗糙程度。 （2）增大压力。 （3）变滚动摩擦为滑动摩擦。 2．减小有害摩擦的方法 （1）变滑动摩擦为滚动摩擦。 （2）使接触面分离。 （3）减小压力。 （4）减小物体接触面的粗糙程度。 教材中提议学生用轮子代替“滚木”，这需要教师进行进一步的解释和引导。 提示：同为滚动的方式，轮子的摩擦力比“滚木”的摩擦力更小。轮子发明之初，由于没有滚珠轴承，它和地面之间虽为滚动摩擦，但和轴之间仍为滑动摩擦。因此，开始时，轮子的省力程度并不是很理想。直至后来，人们在轮子与轴之间装上了滚珠轴承，并且涂上了油脂，这才大大地降低了车在运动时受到的摩擦力。 学科网（北京）股份有限公司 $$