§3.2 摩擦力 教学设计（2课时）

一、教学分析

1. 教材分析

本节是继重力、弹力之后学习的第三种常见力，是力学知识体系的重要组成部分。教材内容层次分明：

• 知识主线： 从初中定性的摩擦现象入手，先研究滑动摩擦力（定义、方向、大小Ff = μFN），再研究静摩擦力（定义、方向、大小范围、最大静摩擦力）。

• 方法主线： 强调通过实验探究认识规律（滑动摩擦力与压力、接触面的关系）；运用“相对运动”和“相对运动趋势”的核心概念判断摩擦力方向；运用二力平衡和牛顿运动定律求解摩擦力大小。

• 地位作用： 摩擦力是受力分析中极易出错的知识点，准确理解其产生条件和方向判断是解决力学问题的关键。同时，摩擦力在生活和科技中应用广泛，具有重要的实际意义。

2. 学情分析

• 知识基础： 学生在初中已知道摩擦力的存在，能定性了解滑动摩擦力与压力和接触面粗糙程度有关，但对静摩擦力认识模糊。

• 前概念与误区：

  • 认为摩擦力总是阻碍物体运动，是“阻力”，难以理解摩擦力也可以是“动力”（如人走路）。

  • 混淆“运动方向”与“相对运动方向”，导致滑动摩擦力方向判断错误。

  • 对“相对运动趋势”这一抽象概念理解困难，是静摩擦力方向判断的最大障碍。

  • 认为静摩擦力大小一定等于拉力，对静摩擦力是一个“被动力”及其变化范围理解不清。

• 能力兴趣： 对摩擦现象有丰富的生活体验，但将感性认识上升为理性规律需要引导。抽象思维能力（相对运动趋势）和逻辑推理能力（静摩擦力大小判断）面临挑战。

3. 教学目标

• 物理观念：

  • 能区分滑动摩擦力和静摩擦力。

  • 理解滑动摩擦力的产生条件，掌握其方向判断方法（与相对运动方向相反），并能用公式Ff = μFN计算其大小。

  • 理解静摩擦力的产生条件，掌握其方向判断方法（与相对运动趋势方向相反），知道静摩擦力的大小范围（0 < F静 ≤ Fmax）及其由平衡条件决定的特点。

  • 知道最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

• 科学思维：

  • 通过“相对运动”和“相对运动趋势”的分析，培养抽象和逻辑推理能力。

  • 运用二力平衡和牛顿运动定律分析求解静摩擦力的大小和方向。

  • 通过探究实验，学习控制变量法。

• 科学探究：

  • 能完成“探究滑动摩擦力大小与压力、接触面关系”的实验。

  • 能通过实验观察静摩擦力的变化和最大静摩擦力的存在。

• 科学态度与责任：

  • 通过认识摩擦力的利与弊，形成一分为二看待事物的辩证观点，了解增大和减小摩擦的方法。

  • 通过实验探究，培养实事求是的科学态度。

4. 教学重难点

• 教学重点： 滑动摩擦力的方向判断和大小计算；静摩擦力的方向判断和大小特点。

• 教学难点： 静摩擦力方向的判断（相对运动趋势的理解）；静摩擦力大小由受力情况决定的动态特性。

二、教学准备

弹簧测力计、木块、长木板、毛巾、玻璃板、钩码（用于改变压力）、力传感器（可选，用于演示静摩擦力变化）、毛刷、PPT课件。

三、教学过程（2课时）

第一课时：滑动摩擦力

【环节一：创设情境，温故知新】（5分钟）

1. 现象回顾： 播放视频或举例：推箱子推不动、冰面上容易滑倒、刹车时轮胎与地面摩擦等。

2. 提问： 这些现象中都涉及什么力？（摩擦力）初中我们学过，摩擦力分几类？（静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦）

3. 引出课题： 今天我们先来深入研究其中一种——滑动摩擦力。

设计意图： 联系生活实际，回顾旧知，明确本节课的学习对象。

【环节二：滑动摩擦力的定义与方向】（15分钟）

1. 定义：

• 演示： 木块在木板上滑动。

• 引导归纳： 两个相互接触的物体，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，这就是滑动摩擦力。

方向（教学重点和难点）：

• ≠ 运动方向： 举例：a. 向前滑行的冰壶，受向后摩擦力（阻碍运动）。b. 传送带上随传送带一起加速的物体，受向前摩擦力（是动力！）。强调必须以与之接触的物体为参考系来判断“相对运动”。

• 核心概念强调： 滑动摩擦力的方向总是与相对运动的方向相反。

• 辨析误区：

• 演示实验（毛刷法）： 将毛刷放在桌面上，向前拉动毛刷把手，刷毛向后弯曲。说明刷毛根部相对桌面有向前的运动趋势，故桌面给刷毛的摩擦力向后，与相对运动趋势相反。

• 判断步骤总结： ① 确定研究对象；② 找出与之接触的物体；③ 判断研究对象相对于接触物的运动方向；④ 滑动摩擦力方向与此相对运动方向相反。

设计意图： 通过正反例和直观演示，强力纠偏“摩擦力方向与运动方向相反”的错误观念，牢牢树立“相对运动”的核心思想。

【环节三：探究滑动摩擦力的大小】（20分钟）

1. 提出问题： 滑动摩擦力的大小与哪些因素有关？

2. 猜想与假设： 引导学生根据生活经验猜想（压力、接触面粗糙程度、接触面积、速度等）。

3. 实验探究：

• 探究与压力的关系： 控制接触面不变，改变木块上钩码的数量（改变压力FN），用弹簧测力计匀速拉动木块，读出拉力F（即Ff）。

• 探究与接触面的关系： 控制压力不变，改变接触面材料（木板→毛巾→玻璃板），测量Ff。

• 实验原理： 木块匀速运动时，拉力等于滑动摩擦力（二力平衡）。

• 实验方法：控制变量法。

• 进行实验与数据记录： 学生分组实验，记录数据。

分析论证与得出结论：

• 意义：反映接触面的粗糙程度，μ越大，越粗糙。

• 单位：无单位。

• 特点：只与接触面的材料和粗糙程度有关，与FN、Ff、接触面积无关。

• 数据处理： 引导学生发现Ff与FN成正比关系。

• 得出结论： 滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比。公式：Ff = μFN。

• 介绍动摩擦因数μ：

• 强调： FN是正压力，不一定等于重力，需根据受力分析确定。

设计意图： 通过学生亲身探究，重现物理规律的发现过程，深刻理解Ff = μFN的含义和适用条件。

【环节四：例题讲解与小结】（5分钟）

• 例题： 教材PXX页例题（雪橇问题）。

• 小结： 回顾滑动摩擦力的定义、方向判断方法、大小计算公式。

• 布置作业： 课后练习中关于滑动摩擦力的基础题。

第二课时：静摩擦力

【环节一：承上启下，引入静摩擦】（5分钟）

1. 情境： “用很小的力推桌子，桌子没动。此时桌子与地面之间有没有摩擦力？”

2. 引出矛盾： 桌子没动，没有相对运动，所以不是滑动摩擦力。那是什么力平衡了推力？

3. 引出定义： 这种相互接触的物体间只有相对运动趋势，而没有相对运动时产生的摩擦力，叫作静摩擦力。

设计意图： 创设认知冲突，自然引出静摩擦力的概念。

【环节二：静摩擦力的方向与大小】（20分钟）

1. 方向（教学难点）：

• 例1（静摩擦力为阻力）： 用力推沙发没推动。问：若地面绝对光滑，沙发怎么动？（向前动）→趋势向前→静摩擦力向后。

• 例2（静摩擦力为动力）： 静止在传送带上的物体随传送带一起加速。问：若传送带光滑，物体相对传送带怎么动？（向后滑）→趋势向后→静摩擦力向前。

• 核心概念： 与相对运动趋势方向相反。

• 理解“相对运动趋势”： “假设接触面光滑，物体会怎么动？”这个运动方向就是相对运动趋势方向。

• 实例分析：

• 判断步骤总结： ① 确定研究对象；② 找接触物；③ 假设接触面光滑，判断相对运动方向（趋势方向）；④ 静摩擦力方向与趋势方向相反。

大小（教学难点）：

• 大小范围： 0 < F静 ≤ Fmax。

• 一般大小： 通过二力平衡（或牛顿第二定律）求解。物体静止时，F静 = 外力（在沿接触面方向的分力）。

• 最大静摩擦力： 略大于滑动摩擦力。一般情况下可近似认为相等。

• 开始拉力很小，木块不动，静摩擦力F静 = 拉力F。

• 拉力增大，F静随之增大，始终与拉力平衡。

• 拉力达到某一值，木块即将动未动时，静摩擦力达到最大值——最大静摩擦力Fmax。

• 木块滑动后，摩擦力突然减小为滑动摩擦力。

• 特点： 静摩擦力是一个“被动力”，大小由物体的受力情况和运动状态决定。

• 演示实验（或视频）： 用弹簧测力计或力传感器缓慢拉动木块，观察读数变化。

• 得出结论：

设计意图： 运用“假设光滑法”化解“相对运动趋势”这一难点。通过实验直观展示静摩擦力的变化过程，理解其“被动”和“可变”的特性。

【环节三：对比总结与综合应用】（15分钟）

1. 列表对比滑动摩擦力与静摩擦力：

   项目	滑动摩擦力	静摩擦力
   产生条件	接触、挤压、有相对运动	接触、挤压、有相对运动趋势
   方向	与相对运动方向相反	与相对运动趋势方向相反
   大小	Ff = μFN（确定值）	0 < F静 ≤ Fmax（可变，由平衡条件或F=ma求）
   大小决定因素	μ、FN	外力、运动状态

2. 综合例题：

• 例1： 判断下列情况下物体A所受摩擦力的方向和大小：(1) A随B一起匀速运动；(2) A随B一起加速运动。

• 例2： 教材PXX页练习（瓶子在不同情况下的摩擦力分析）。

设计意图： 通过对比加深对两种摩擦力的理解，通过例题巩固应用能力。

【环节四：摩擦的利与弊与课堂总结】（5分钟）

1. 讨论： 摩擦力是有害的还是有益的？（有利有弊）

• 有益摩擦： 走路、抓握、刹车、传动等（需增大）。

• 有害摩擦： 机器磨损、能耗增加等（需减小）。

增大和减小摩擦的方法： 引导学生根据Ff = μFN和实际情况提出方法。

课堂总结： 回顾本节核心知识。

布置作业： 包含两种摩擦力判断和计算的综合练习题。

四、板书设计

第一课时板书：

第二课时板书：

五、教学反思（预设）

• 成功点： “相对运动”和“相对运动趋势”的强调以及相应的判断方法（毛刷演示、假设光滑法）能有效突破方向判断的难点。学生实验探究滑动摩擦力规律参与度高。

• 挑战点： 学生对静摩擦力大小动态变化的理解需要时间消化，尤其在多个力作用或加速状态下，容易出错。需要配备足够的阶梯式练习题进行巩固。

• 调整建议： 对于基础薄弱的学生，可增加单一情境下的摩擦力分析练习，再逐步过渡到复杂情境。可引入“筷子提米”等趣味实验加深对静摩擦力和最大静摩擦力的理解。