3.2.2 静摩擦力 教学设计 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

章节 人教版高中物理必修一第三章第二节第二课时 课题 静摩擦力 课时 1 课型 探究式 教学内容分析 课标要求解读 《普通高中物理课程标准（2017版2020修订）》对此节课的要求为：知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。 教材分析 静摩擦力是人教版高中物理必修一第三章《相互作用——力》第二节《摩擦力》的第二个课时，主要分为静摩擦力的大小与静摩擦力的方向两部分。教材中以推沙发为例子，运用二力平衡引出静摩擦力。通过对动摩擦力的类比得出静摩擦力的三个特点。教材对静摩擦力的大小随拉力的变化进行试验，探讨了静摩擦力的最大值。 学情分析 基础（熟悉已经熟悉的知识或具备的能力） 生活经验 熟悉人走路、爬树等运动 学习经验 概念规律 学习过滑动摩擦力，对于相对运动的情况有所了解； 知道二力平衡的知识，能用二力平衡判断一个力的方向和大小； 思想方法 知道结论的得出需要实验和理论推导支撑； 习惯于解决高度模型化的物理问题； 实验能力 实验中有控制变量的意识； 注重对系统部分现象进行分析，容易忽略整体的情况； 本节课的授课对象是高一学生，对于滑动摩擦力有了清楚的认识，具备一定的通过观察物理现象分析其背后原理的物理思维。在初中阶段，学生学习了牛顿第一定律以及二力平衡的知识，能够对一个物体的受力情况做初步分析。但学生初中学习的摩擦力是滑动摩擦力，对于相对运动趋势的理解还比较陌生，不过可以通过对比滑动摩擦力来帮助理解静摩擦力的概念。 教学目标 一、物理观念 1. 掌握摩擦力方向判断方式即掌握如何判断相对运动趋势，掌握理论情况下动静摩擦力之间的关系，粗略了解实际情况下动静摩擦力关系，知道最大静摩擦力大小与质量，能用惯性知识解释生活中的现象 2. 理解摩擦力概念，能够用文字，公式，图像表述静摩擦力基本内容，能用静摩擦力解决生活实际问题 3. 通过分析受力情况，预测摩擦力大小，强化运动与相互运动观 二、科学思维 1. 通过对生活中简单摩擦力问题进行受力分析，强化抓住主要因素，忽略次要因素，构建物理模型的能力，体会建立物理模型对于解决问题的必要性和重要性 2. 通过解决生活中相关问题，经历实验过程，感受实验结合逻辑推理的科学探究方法，提升科学推理能力 3. 通过摩擦力相关实验，得出最大静摩擦力和滑动摩擦力的关系，加强科学论证能力 4. 通过自主设计静摩擦力实验发展创新能力 三、科学探究 1. 能基于现有科学知识，提出反例，培养主动探究意识，养成探究习惯 2. 通过设计“影响最大静摩擦力大小”的实验方案，具有控制变量的意识，通过对实验数据的图像化处理，增强数据处理能力，收集证据 3. 能用语言图表公式等方式对所做出的实验结论进行表征，交流实验结论，能对实验中的误差进行正确的分析，能对实验方案进行改进和创新，建立合作交流的意识 四、科学态度与科学责任 1. 通过学习摩擦力，认识到力之间的相互关系，通过运用静摩擦力相关知识解决问题，激发学生对世界的好奇心和求知欲 2. 通过自主设计实验，激发学生自我创新的意识，让学生体会敢于创新的科学态度 3. 通过探究静摩擦力大小的实验结论到更多的实验验证，做出大胆的预测再到生活中的广泛应用，直到得到定律，体会科学家追求真理的勇气及科学精神 4. 运用静摩擦力相关知识解决实际问题，解释现象，形成规范表达的习惯，建立应用科学知识探索自然时间的意识 重点 对静摩擦力的理解，摩擦力大小和方向的确定 难点 静摩擦力的方向与大小的确定 重难点讲解： · 静摩擦力是由于物体间相对运动趋势产生的，其方向与相对运动趋势方向相反。如何判断静摩擦力的方向，可以通过假设物体间不存在摩擦力，那么在其他力的作用下物体将往什么方向运动去思考问题。 · 注意对于静摩擦力的大小与所受外力及所处运动状态的关系 重难点突破 · 静摩擦力的定义：发生在两个相对静止的物体之间，由于存在相对的运动趋势而产生的阻碍相对运动趋势的力叫做静摩擦力。 · 静摩擦力产生的条件：1)相互接触的物体间存在弹力。2) 两物体间有相对运动趋势。3) 接触面粗糙。 · 静摩擦力的方向：跟接触面相切，并且跟相对运动趋势方向相反（教学难点），静摩擦力的方向可能跟运动方向相同，也可能与运动方向相反或者与运动方向成一个夹角。 · 静摩擦力的作用效果：总是阻碍物体间相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动，可以是动力，也可以是阻力。 · 静摩擦力的大小：没有确定的取值也没有确定的运算公式，只能在零到最大值之间取值。静摩擦力的大小与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不能超过最大静摩擦力。具体大小可以由物体的运动状态结合动力学规律求解。 · 静摩擦力与发生趋势的力大小相等方向相反，相互平衡。 教学用具 力传感器（可用拉力计平替），自行车（实验用），木板，木块，滑板车 教学手段 围绕静摩擦力概念，以多项实验为中心，引发学生兴趣，配合ppt，穿插讲解静摩擦力各项概念， 加深记忆 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 实验引入摩擦力概念。 摩擦力的定义 产生条件 滑动摩擦力与静摩擦力 摩擦力的方向 静摩擦力大小 同学们，上节课我们学习了滑动摩擦力，那么请大家回顾一下，滑动摩擦力的方向是怎么确定的呢？ 同学们回答的很好，那么接下来同学们请仔细观察老师的动作（推桌子但是没推动）。 请问同学们老师刚刚做了一个什么动作？ 桌子动了吗？ 桌子没被推动，那么请同学们分析一下桌子刚才受到了哪些力呢？ 生：桌子没有被推动。桌子本身有重力，支持力，我的推力，以及摩擦力 问：此时的摩擦力是滑动摩擦力吗，为什么？ 师：看来同学们对于滑动摩擦力的理解都很到位，这里根据牛顿第一定律，箱子受到了摩擦力，但由于箱子保持静止，与地面没有相对运动，因此受到的摩擦力不是滑动摩擦力。我们把这种情况下物体受到的摩擦力叫做静摩擦力。那么请同学们想一想，如果地面是完全光滑的，老师去推桌子，桌子会做怎么样的运动呢？此时还有静摩擦力的存在吗？ 师：没错，如果地面是完全光滑的，那么静摩擦力就不存在。换言之，实际情况中静摩擦力总是会阻碍两个物体之间的相对运动趋势。因为此时两个物体并没有真正的相对运动，只是有了这样的一种趋势，而静摩擦力的产生就是为了阻碍这样的一种趋势。大家注意区分滑动摩擦力和静摩擦力的不同之处。滑动摩擦力要求两个物体要有相对运动，而静摩擦力则是要求两物体保持相对静止，但是是有要运动的趋势。下面，我将举出几个例子，请同学们用相对运动趋势的知识来判断一下物体所受静摩擦力的方向。 例：手握竖直的笔，笔所受的静摩擦力的方向；车紧急刹车时，站立在车上的人所受的静摩擦力的方向； 师：同学们回答的都很漂亮，那么请同学们想想身边都有什么静摩擦力运用的实际例子以及适当分析一下静摩擦力的方向 师：通过刚才的学习，我们知道两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，这时物体受到的摩擦力叫作静摩擦力。我们刚刚通过二力平衡判断了静摩擦力的方向，那么下面我们将通过一个实验演示。（自行车实验） 讲解：引入自行车世界大赛的视频，自行车运动员们在风雨中奋勇争先。体育精神在比赛中体现得淋漓尽致。 看到这里，我们很容易被视频中的体育精神所感染。在这里我们发出提问，自行车是因为什么动起来的？这个力的大小是如何计算的呢？这个力的方向如何呢？ 推动桌子不动，用力推但不动。 既然大家认为是摩擦力导致的自行车运动状态发生变化。那么这个摩擦力是什么类型的摩擦力呢？它的方向如何呢？既然大家有所疑问，有的人认为与运动方向相同，有的人认为与运动方向相反，有的同学认为是动摩擦，有的人认为是静摩擦，那么我们用什么来说服其他人呢？对没错，实验，用实验结果来作为论据才是最有说服力的。 自行车轮子底部的静摩擦力的方向究竟有什么特定呢。接下来我们进行实验探究。 教师通过语言引导学生明确实验目的、方法、步骤如：为什么使用两块滑板呢？选用滑板做实验运用了什么原理？现象应当如何理解等待诸类问题。 引导四位同学进行实验，利用投影装置进行投射，让同学们观察更加清晰。 将实验得到的结果进行复述，引导学生进一步对实验结果进行思考，板的运动意味着什么？引导学生大胆表达他们的想法。对学生做出的正确或错误的猜想进行点评， 提问：推着骑着的摩擦力方向有什么区别呢？通过这种方法能测出静摩擦力的大小吗？教师肯定学生的探究与发现，进行一定的鼓励，继续推动学生的科学探究与科学思维。 讲解：通过实验我们可以很肯定的说，我们已经确定了自行车推动与骑动轮胎静摩擦力方向的区别了。那就是推动时驱动轮的摩擦力与运动方向相反。 滑动摩擦力的方向总是沿着与接触面，与相对运动方向相反。 推桌子； 没有； 桌子受到了老师你的推力和地面的摩擦力，重力和支持力； 没有相对运动，不是滑动摩擦力 如果地面是完全光滑的话，桌子会沿着施加力的方向移动（牛一定律），此时没有摩擦力。 聆听老师的讲诉，观看视频，回应提问 1.明确实验目的，方法，步骤与运用的实验思想。 2.让学生参加演示实验，增进参与感。 3.引导学生对实验结果进行分析对结果进行猜想。 4.聆听老师的讲解，思考理解自行车摩擦力的方向。感受科学探究过程 让同学们回顾滑动摩擦力的相关知识，为引出静摩擦力做准备。 让同学们认识到另外一种摩擦力的存在。引出静摩擦力的概念 解释静摩擦力和滑动摩擦力的定义的不同之处，同时建立理想模型，让同学们运用以前学过的知识（牛顿第一定律和二力平衡）来解决问题，在符合学生认知的基础上进行教学。 具体解释静摩擦力的定义以及相对运动趋势，同时用实际例子来加深同学们对知识的掌握以及理解。 让学生们结合实际，体会身边的物理知识 引导学生从生活中的实际情景发现物理问题 静摩擦力实验实验设计 推很重的桌子，推不动（老师演示） 两本书书页交叉夹在一起，请同学上来拉开，再请同桌同学自己用物理书实验感受 教师提示学生是因为摩擦力的关系，然后介绍本次实验 分别介绍实验用具，引发学生实验兴趣，然后请同学自主设计实验测量静摩擦力的大小，学生实验后向他们提问静摩擦力是一恒定的力吗？然后引导学生使用反证法，用生活中的例子自己思考提出反例 然后做教师实验：在水平桌面上放一木块，用弹簧测力计或力传感器沿水平方向用较小的力拉木块但保持木块不动，并不断缓慢地增大拉力.直至木块移动，注意提示学生观察弹簧秤的示数变化。 向学生提出问题怎样求静摩擦力的大小？以及怎样判断静摩擦力的方向？ 向学生提出几个新的问题，并指导他们自主实验并思考 向学生强调，被拉动之后就不在是静摩擦力了，并提示他们回忆初中知识 教师给出双人合作方案 教师引导学生得出静摩擦力大小和最大静摩擦力大小的规律 教师分析：静摩擦力不会无限制增大，它的增大有一个限度，当超过这个限度时，物体将由静止变为运动。即由相对运动的趋势变为相对运动，此时所受摩擦力将变为滑动摩擦力。即静摩擦力有最大值，静摩擦力的最大值Fmax叫做最大静摩擦力。它的数值等于物体刚开始运动时的水平拉力的大小。 可见：两个物体间的静摩擦力可以是一个变力，它的大小可以在0与Fmax之间，即 0≤F≤Fmax 同学认真观看现象并思索，为什么桌子推不动，为什么两本书书页交叉叠放之后很难拉动 思考教师提出的问题，举出反例 学生进行猜想，提示学生二力平衡，得出结论 学生自主实验并思考： 观察力传感器或弹簧测力计拉力增大到什么水准木块刚被拉动（由静转动） 木块被拉动后匀速运动，根据初中学过的知识，这时受到的摩擦力叫滑动摩擦力， 如何读出滑动摩擦力的大小 对比最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小有何关系 在木块上增加砝码，对最大静摩擦力有没有影响 利用生活中常见物体构建情景，引发学生探索激发求知欲和创造精神 教会学生使用反证法自主探究 教师演示实验范例，为后面学生自主实验提供示范，同时，让学生仔细观察静摩擦力的大小变化 引入最大静摩擦力概念 回顾前面所熟悉的知识，为后面对比两者的关系做铺垫加深学生理解 培养科学合作精神 对比两者关系，讲解最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小的关系 让学生了解对最大静摩擦力的影响因素 板书设计 学科网（北京）股份有限公司 $$