摩擦力

第3节    摩擦力

整体设计

    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。通过摩擦力的学习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、机械效率的学习打好基础。

    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，以激发学生的学习欲望，体现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，让学生经历探讨滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度关系的过程。很好地体现了新课标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。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。很好地体现了新课程“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，进行猜想，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。教师只起卧导组织作用。

    “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。通过学习本节的知识，能提高学生利用所学知识解决实际饲题的能力。因此这一节课无论在知识学习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

    1．知道什么是滑动摩擦力，能够从日常生活中发现有关摩擦、摩擦力的现象；

    2．知道滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关；

    3．会用弹簧测力计测量滑动摩擦力；

    4．知道增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法，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

    1．经历影响摩擦力大小因素的研究，学习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；

    2．通过实验，探究摩擦力跟物体表面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；

    3．通过生活实例的分析知道摩擦力的利弊，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

    1．通过探究实验，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；

    2．通过对知识的应用，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

    1．摩擦力的概念；

    2．探究影响滑动摩擦力大小的因素。

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

  活动导入

  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。

  情景导入

  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：

  1．人为什么能在冰面上快速滑行？

  2．人为什么能在水泥面上快速轮滑？

  3．汽车的轮胎上为什么常有凹凸的花纹？

  4．足球守门员为什么要戴上手套？

  5．登山运动员为什么要穿防滑鞋？

  学生交流讨论，从而引出本节课题。

推进新课

  一、摩擦力

  1．摩擦力的概念

    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。

    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。

    各学习小组讨论后，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表面不光滑。甲、乙两物体接触时，由于挤压，两个物体的凹凸部分相咬合，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。）

    2．实验探究摩擦力

    (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

    引导学生进行猜想与假设

    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）从而导出猜想：（进行小组讨论和交流）

    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：从学生的直观观察人手，有效创设问题情境，充分展示相关物理现象，激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：

    1．将木块平放在木板上，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．；

    2．将同一木块平放在同一木板上，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F。；

    3．重复以上步骤，多次测量实验；

    4．比较F1．、F2：等各力的大小，若各力不相等，说明滑动摩擦力大小与压力大小有关，否则，无关。

    数据记录表格：

    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。

    实验步骤：

    1-将木块平放在木板上，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F，；

    2．将同一木块平放在铺有棉布的木板上，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F：；

    3．换毛巾等不同材料铺在木板上，重复以上步骤，多次测量实验；

    4．比较F范．、F2等各力的大小，若各力不相等，说明滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关，否则，无关。

    数据记录表格：

    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表面在同一个支持上，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：

    1．日常生活的哪些现象中存在摩擦力的作用？

    2．摩擦力对人们是有益的还是有害的呢？

    3．对我们有益的摩擦我们应该怎么办？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表面做得粗糙，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；

    (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使摩擦面分离。

（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。）

同步训练

    1．如图所示，是甲、乙两组拔河比赛的场景，不

计绳重，下列说法错误的是(    )。

    A.比赛时，选体重大的运动员，能增大对地面的

压力

B．比赛时，运动员身体后倾、两腿弯曲，可以降低重心

C．比赛时，拉力较大的一组最终获胜

D．比赛时，受到地面摩擦力较大的一组最终获胜

答案：C

2．以下各事例中，不是为了减小摩擦的是(    )。

A．磁悬浮列车靠强磁场把列车从轨道上托起

B．气垫船向下喷出强气流，在船底和水之间形成空气垫

C．游泳运动员身穿以“鲨鱼皮”为代表的高科技泳衣比赛

D．冰雪天气，司机将车轮用铁链或绳子绕起来行驶

答案：D

3．下列措施中，属于增大有益摩擦的是(    )。

A．自行车转轴处装有滚珠轴承

B．机械转轴上涂有润滑油

c．旱冰鞋底装有滚轮      ．

D．有的水泥路面做成一道道的细槽

答案：D

    4．冰雪天的交通事故相对要多一些，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

    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，以激发学生的学习欲望，体现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”是学习的一个难点，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，安排了学生猜想、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，很好地体现了新课程“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

    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表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相碰撞，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，他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。上世纪以来，随着工业和技术的发展，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，两个互相接触的表面，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，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10--s m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表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，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。比如，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。