资源简介

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3.2摩擦力 教学设计
一、核心素养目标
1.物理观念
（1）通过实验观察与分析，准确建立滑动摩擦力、静摩擦力的概念，明确两种摩擦力的产生条件、方向特点及大小规律，理解摩擦力的矢量性。
（2）掌握滑动摩擦力大小的计算公式f=μN，理解动摩擦因数μ的物理意义，明确其与接触面材料、粗糙程度的关系，与接触面面积无关。
能运用摩擦力知识解释生活中的相关现象（如走路时鞋底的摩擦力、自行车刹车原理），区分有益摩擦与有害摩擦，建立“摩擦力是客观存在的常见力”的物理观念。
2.科学思维
（1）经历“观察现象→提出猜想→实验验证→归纳结论”的探究过程，培养从现象到本质的推理能力，能通过控制变量法分析滑动摩擦力大小的影响因素。
通过对静摩擦力“被动性”的分析，培养动态思维能力，能根据物体的运动状态判断静摩擦力的有无、方向及大小，突破“静摩擦力大小固定”的思维误区。
掌握摩擦力的受力分析方法，能在具体情境中准确画出摩擦力的示意图，结合牛顿运动定律解决与摩擦力相关的综合问题，提升逻辑推理与模型建构能力。
3.科学探究
（1）参与“探究滑动摩擦力大小的影响因素”实验，自主设计实验方案，合理选择实验器材，运用控制变量法控制接触面粗糙程度、压力等变量，记录并分析实验数据。
在“探究静摩擦力的特点”实验中，通过缓慢拉动木板、弹簧测力计读数等操作，观察静摩擦力随外力变化的过程，捕捉“最大静摩擦力”的临界状态，培养实验操作与现象分析能力。
小组合作完成“生活中摩擦力的探究”任务，收集不同场景下的摩擦力实例，交流分析其类型与作用，培养合作探究与表达交流能力。
4.科学态度与社会责任
（1）通过了解摩擦力在工业生产（如机械润滑）、日常生活（如防滑设计）中的应用，认识物理知识的实用价值，增强将科学知识服务于生活的意识。
在实验探究中培养严谨求实的科学态度，尊重实验数据，不随意修改结论，体会“控制变量法”在科学研究中的重要性，养成规范操作的实验习惯。
结合有益摩擦的利用与有害摩擦的减小，树立“趋利避害”的科学思维，认识物理规律在解决实际问题中的指导作用，增强社会责任意识。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）两种摩擦力的产生条件：明确滑动摩擦力（接触面粗糙、有弹力、发生相对滑动）和静摩擦力（接触面粗糙、有弹力、有相对滑动趋势）的产生条件，能据此判断摩擦力的有无。
（2）摩擦力的方向判断：掌握“滑动摩擦力与相对运动方向相反，静摩擦力与相对滑动趋势方向相反”的规律，能结合物体运动状态准确判断摩擦力方向。
（3）滑动摩擦力的大小计算：熟练运用f=μN解决定量问题，理解μ的物理意义及影响因素；掌握静摩擦力大小的判断方法（与外力平衡，不超过最大静摩擦力）。
2.教学难点
（1）静摩擦力的“被动性”理解：静摩擦力的大小和方向随外力及物体运动状态变化而变化，难以直接测量，需通过受力平衡或牛顿第二定律间接判断。
（2）“相对运动”与“绝对运动”的区分：判断摩擦力方向时，容易混淆物体相对于接触面的运动（或趋势）与物体相对于地面的运动，难以准确确定“相对”参考系。
（3）摩擦力的受力分析：在多物体、复杂接触面（如斜面、曲面）情境中，容易出现漏判摩擦力、方向判断错误等问题，尤其是静摩擦力的临界状态分析。
（4）最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系：理解最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，明确其在“物体从静止到滑动”过程中的作用。
三、教学环节
（一）情境导入：摩擦力的生活感知
1.展示系列生活情境图片与短视频：①情境1：运动员在冰面上滑冰时滑行距离远，在水泥地上滑行距离短；②情境2：人推箱子，箱子静止时推不动，加大推力后箱子开始滑动；③情境3：汽车刹车时，刹车片与刹车盘摩擦使车停下；④情境4：传送带输送货物，货物随传送带匀速运动。
2.提出问题链：“为什么冰面和水泥地上滑行距离不同？”“推箱子时，没推动和推动后，箱子受到的力有什么不同？”“汽车刹车和传送带运货，摩擦力起到了什么作用？”
3.学生自由发言后，教师总结：“这些现象都与一种常见的力——摩擦力有关，今天我们就来系统探究摩擦力的特点、规律及应用。”引出课题。
设计意图：通过贴近生活的情境激发兴趣，让学生初步感知摩擦力的存在与差异，为区分滑动摩擦力和静摩擦力铺垫基础。
（二）实验探究一：滑动摩擦力的特点
1.概念建构：什么是滑动摩擦力
（1）演示实验：将木块放在水平长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使木块相对于木板匀速滑动，观察弹簧测力计的示数。
（2）教师引导：“木块匀速滑动时，弹簧测力计的拉力与什么力平衡？”学生回答后，教师明确：滑动摩擦力是两个相互接触的物体发生相对滑动时，在接触面上产生的阻碍相对滑动的力。
2.探究滑动摩擦力的产生条件
（1）小组讨论：“如果将木块和木板的接触面打磨光滑，还能观察到滑动摩擦力吗？”“如果木块与木板不接触，是否存在滑动摩擦力？”“如果仅接触但没有挤压（如轻放木块），是否有滑动摩擦力？”
（2）实验验证：①接触面光滑化：在木板上涂润滑油，拉动木块，发现弹簧测力计示数接近零；②不接触：用磁铁隔空拉动木块，木块滑动但与木板无接触，弹簧测力计无示数；③无挤压：轻放木块（几乎无压力），拉动木块，示数接近零。
（3）归纳产生条件：①接触面粗糙；②两物体相互接触并挤压（有弹力）；③两物体发生相对滑动。三者缺一不可。
3.探究滑动摩擦力的方向
（1）实验操作：①木块相对于木板向右滑动，观察弹簧测力计的拉力方向（向左）；②木块相对于木板向左滑动，拉力方向（向右）。
（2）教师引导：“滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向有什么关系？”学生总结：滑动摩擦力的方向与物体相对于接触面的运动方向相反，与物体的绝对运动方向可能相同（如传送带送货物，货物刚放上去时）。
（3）画图训练：画出“木块在水平木板上向右滑动”“木块随木板一起向右加速，木块相对于木板有向左滑动趋势”两种情境下的滑动摩擦力示意图，强化方向判断。
4.探究滑动摩擦力的大小规律
（1）提出猜想：结合生活经验，学生猜想滑动摩擦力大小可能与压力大小、接触面粗糙程度、接触面面积、物体运动速度等因素有关。
（2）实验方案设计：采用控制变量法，实验器材包括弹簧测力计、木块、砝码、不同粗糙程度的木板、长方体木块（可改变接触面面积）。
（3）分组实验：
①组1：控制接触面粗糙程度、面积不变，改变压力（加砝码），记录拉力示数（等于滑动摩擦力），数据如下：
压力F_N/N（木块+砝码） 滑动摩擦力f/N f/F_N（比值）
2.0 0.6 0.3
3.0 0.9 0.3
4.0 1.2 0.3
②组2：控制压力、面积不变，改变接触面粗糙程度（木板、毛巾、玻璃），记录数据，发现粗糙程度越大，滑动摩擦力越大。
③组3：控制压力、粗糙程度不变，改变接触面面积（木块平放、侧放），记录数据，发现滑动摩擦力大小基本不变。
④组4：控制压力、粗糙程度、面积不变，改变木块运动速度（慢拉、快拉），记录数据，发现滑动摩擦力大小与速度无关。
（4）规律总结：①滑动摩擦力大小与压力大小成正比，与接触面粗糙程度有关，与接触面积、运动速度无关；②公式：f=μN，其中μ为动摩擦因数，是接触面的固有属性，无单位；③μ值：接触面越粗糙，μ越大。
（三）实验探究二：静摩擦力的特点
1.概念建构：什么是静摩擦力
（1）演示实验：用弹簧测力计水平拉静止在木板上的木块，拉力从0逐渐增大，在木块未被拉动前，观察弹簧测力计有示数但木块静止。
（2）教师提问：“木块静止，受力平衡，弹簧测力计的拉力与什么力平衡？”学生思考后，教师明确：静摩擦力是两个相互接触的物体有相对滑动趋势但未发生相对滑动时，在接触面上产生的阻碍相对滑动趋势的力。
2.探究静摩擦力的产生条件与方向
（1）产生条件：结合实验与讨论，归纳为①接触面粗糙；②相互接触并挤压（有弹力）；③有相对滑动趋势。
（2）方向判断：①实验观察：拉力向右，木块有向右滑动趋势，弹簧测力计拉力向左平衡静摩擦力，说明静摩擦力方向与相对滑动趋势方向相反。②方法总结：“假设法”——假设接触面光滑，物体将向哪个方向运动，该方向即为相对滑动趋势方向，静摩擦力方向与之相反。
（3）实例分析：①人走路时，脚相对于地面有向后的滑动趋势，地面给脚的静摩擦力向前，推动人前进；②静止在斜面上的木块，有沿斜面向下的滑动趋势，静摩擦力沿斜面向上。
3.探究静摩擦力的大小规律
（1）实验操作：用弹簧测力计缓慢拉木块，记录木块未滑动时不同拉力下的示数，直到木块刚要滑动时记录最大示数，继续拉动（滑动后）记录示数。
（2）实验现象：①木块未滑动时，弹簧测力计示数随拉力增大而增大，二者始终相等；②木块刚要滑动时，弹簧测力计示数达到最大值（最大静摩擦力f_max）；③木块滑动后，示数变小并保持稳定（滑动摩擦力f滑）。
（3）规律总结：①静摩擦力的大小具有“被动性”，随外力的变化而变化，与使物体产生相对滑动趋势的外力平衡，即f静=F外；②静摩擦力的大小有最大值，即最大静摩擦力f_max，物体刚要滑动时的静摩擦力等于f_max；③最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，通常近似认为f_max≈f滑。
4.难点突破：静摩擦力的临界状态分析
（1）情境：质量为2kg的木块静止在水平地面上，最大静摩擦力为5N，用3N的力水平拉木块，木块受静摩擦力大小为多少？用6N的力拉木块，木块受摩擦力大小为多少（μ=0.2，g=10m/s ）？
（2）分析：①3N＜f_max=5N，木块静止，f静=3N；②6N＞f_max=5N，木块滑动，f滑=μN=μmg=0.2×2×10=4N。
（3）总结：判断静摩擦力大小的关键是“判断物体是否滑动”——未滑动时，由平衡条件求f静；滑动时，由f滑=μN求滑动摩擦力。
（四）规律整合：两种摩擦力的对比与应用
1.滑动摩擦力与静摩擦力的对比
对比项目 滑动摩擦力 静摩擦力
产生条件 接触、粗糙、有弹力、相对滑动 接触、粗糙、有弹力、有相对滑动趋势
方向 与相对运动方向相反 与相对滑动趋势方向相反
大小 f滑=μN（恒定） 0＜f静≤f_max（随外力变化）
存在状态 相对滑动时 相对静止但有趋势时
2.生活中摩擦力的利用与控制
（1）有益摩擦的利用：①增大压力：刹车时用力捏闸，增大刹车片与刹车盘的压力，增大滑动摩擦力；②增大接触面粗糙程度：鞋底刻花纹、轮胎装防滑链，增大静摩擦力；③变滚动为滑动：汽车刹车时，车轮由滚动变为滑动，增大摩擦力。
（2）有害摩擦的减小：①减小接触面粗糙程度：给机械零件涂润滑油、轴承表面打磨光滑；②变滑动为滚动：行李箱装滚轮、汽车轴承用滚珠；③使接触面分离：气垫船利用气垫使船体与水面分离，磁悬浮列车利用磁场使车体与轨道分离。
（3）小组讨论：“生活中还有哪些利用或减小摩擦力的实例？其原理是什么？”各小组分享成果，教师点评。
（五）综合应用：摩擦力的受力分析与计算
1.斜面情境中的摩擦力分析
（1）情境：质量为5kg的木块静止在倾角为30°的斜面上，动摩擦因数μ=0.3，求木块受到的静摩擦力大小（g=10m/s ，sin30°=0.5，cos30°≈0.866）。
（2）分析：①受力分析：重力mg=50N，支持力N=mgcos30°≈43.3N，静摩擦力f静；②平衡条件：沿斜面方向f静=mgsin30°=50×0.5=25N；③验证：最大静摩擦力f_max≈μN≈0.3×43.3≈13N？不，此处错误，静止时静摩擦力由平衡条件决定，无需用μ计算，若木块滑动，才用f滑=μN。
（3）纠正与总结：斜面静止时，静摩擦力f静=mgsinθ；若木块沿斜面下滑，滑动摩擦力f滑=μmgcosθ，方向沿斜面向上。
2.连接体中的摩擦力分析
（1）情境：两个质量分别为m1=2kg和m2=3kg的木块叠放在水平地面上，用水平拉力F=15N拉动m1，使两木块一起匀速运动，求m1与m2间的摩擦力及m2与地面间的摩擦力（μ2=0.2，g=10m/s ）。
（2）分析：①隔离m2：匀速运动，水平方向受力平衡，m1对m2的摩擦力f1=0（若有摩擦力，m2无其他水平力平衡）；②整体法：m2与地面间的滑动摩擦力f2=F=15N，验证f2=μ2(m1+m2)g=0.2×5×10=10N？矛盾，说明拉力F并非等于f2，需重新计算：整体匀速，F=f2=μ2(m1+m2)g=10N，若F=15N，两木块将加速运动，此处调整F=10N，使整体匀速。
（3）方法总结：连接体问题中，判断摩擦力时可先隔离受力简单的物体（如m2），利用平衡条件或牛顿第二定律分析，再结合整体法求解。
四、核心知识归纳：摩擦力知识体系
1.两种摩擦力的核心规律
（1）静摩擦力：①产生条件：接触、粗糙、有弹力、有相对滑动趋势；②方向：与相对滑动趋势方向相反（假设法判断）；③大小：0＜f静≤f_max，未滑动时f静=F外，刚滑动时f静=f_max≈f滑。
（2）滑动摩擦力：①产生条件：接触、粗糙、有弹力、相对滑动；②方向：与相对运动方向相反；③大小：f滑=μN，μ与接触面材料、粗糙程度有关，与面积、速度无关。
2.摩擦力方向判断的“三步法”
（1）确定研究对象及与之接触的物体；（2）判断研究对象相对于接触面的运动（或滑动趋势）方向（假设法：接触面光滑时物体的运动方向）；（3）摩擦力方向与相对运动（或趋势）方向相反。
3.摩擦力大小计算的“流程图”
判断物体是否滑动→是（滑动摩擦力）：f=μN（N为接触面的正压力，不一定等于重力）→否（静摩擦力）：看是否平衡→平衡：f静=F外（由平衡条件求）→加速：f静=ma-F其他（由牛顿第二定律求）。
4.易错点提醒
（1）摩擦力不一定阻碍物体的运动，可能是动力（如走路时的静摩擦力）；（2）正压力N不一定等于物体的重力，需结合接触面的情况分析（如斜面、斜拉物体）；（3）静摩擦力大小与压力大小无关，仅与外力和运动状态有关；（4）μ是动摩擦因数，仅用于滑动摩擦力计算，静摩擦力不能用μ计算。
五、课堂练习
（一）基础巩固题
1.关于摩擦力，下列说法正确的是（）
A.相互接触的物体间一定存在摩擦力
B.摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反
C.滑动摩擦力的大小与压力大小成正比
D.静摩擦力的大小是固定不变的
2.一个质量为4kg的物体放在水平地面上，与地面间的动摩擦因数μ=0.2，用水平力F=10N拉物体，求物体受到的摩擦力大小（g=10m/s ）。若F增大到20N，摩擦力大小又为多少？
3.下列实例中，属于增大有益摩擦的是（）
A.给自行车轴加润滑油
B.行李箱底部安装滚轮
C.轮胎表面刻有凹凸不平的花纹
D.磁悬浮列车悬浮行驶
4.静止在斜面上的木块，受到的静摩擦力方向是______，该摩擦力的作用效果是______；若木块沿斜面匀速下滑，受到的滑动摩擦力方向是______，该摩擦力的作用效果是______。
（二）能力提升题
5.质量为3kg的木块静止在倾角为37°的斜面上，已知木块与斜面间的最大静摩擦力为15N，g=10m/s ，sin37°=0.6，cos37°=0.8。下列说法正确的是（）
A.木块受到的静摩擦力大小为18N
B.木块受到的静摩擦力大小为14.4N
C.若沿斜面向上施加10N的拉力，木块仍静止，静摩擦力大小为8N
D.若沿斜面向下施加5N的推力，木块仍静止，静摩擦力大小为13N
6.水平地面上有一个质量为2kg的木箱，与地面间的动摩擦因数μ=0.3，用与水平方向成37°角斜向上的拉力F=10N拉木箱，求木箱受到的滑动摩擦力大小（g=10m/s ，sin37°=0.6，cos37°=0.8）。
7.两个木块A和B叠放在水平桌面上，A的质量为1kg，B的质量为2kg，A与B间的动摩擦因数μ1=0.3，B与桌面间的动摩擦因数μ2=0.2。用水平力F拉B，使A和B一起以2m/s 的加速度匀加速运动，求：（1）B与桌面间的滑动摩擦力大小；（2）A受到的静摩擦力大小和方向。
8.一个质量为5kg的物体在水平地面上做匀速直线运动，速度为2m/s，已知物体与地面间的动摩擦因数μ=0.1，若突然撤去拉力，物体将在摩擦力作用下做匀减速运动，求：（1）撤去拉力后物体受到的滑动摩擦力大小；（2）物体减速到停止的时间；（3）物体减速过程中滑行的距离。
（三）拓展创新题
9.某同学发现“走路时，鞋底的花纹深度不同，防滑效果不同”，请设计一个实验探究“鞋底花纹深度对静摩擦力大小的影响”。要求：（1）写出实验目的；（2）列出实验器材；（3）简述实验步骤（利用控制变量法）；（4）说明如何判断防滑效果的好坏（即静摩擦力大小的比较方法）。
10.结合所学知识，分析自行车在行驶、刹车、转弯三个过程中，哪些部位存在摩擦力，这些摩擦力的类型（静摩擦或滑动摩擦）、方向及作用分别是什么，完成下表：
自行车部位 运动过程 摩擦力类型 摩擦力方向 作用
轮胎（后轮） 行驶
轮胎（前轮） 行驶
刹车片与刹车盘 刹车
轮胎（整体） 转弯
六、练习答案与解析
（一）基础巩固题答案与解析
1.答案：C
解析：A错误，摩擦力产生需满足四个条件，仅接触不一定有摩擦力；B错误，摩擦力方向与相对运动（或趋势）方向相反，可能与物体运动方向相同（如动力）；C正确，滑动摩擦力f=μN，与压力成正比；D错误，静摩擦力大小随外力变化。
2.答案：F=10N时，摩擦力大小为8N；F=20N时，摩擦力大小为8N。
解析：①物体与地面间的最大静摩擦力f_max≈μmg=0.2×4×10=8N；②F=10N＞f_max，物体滑动，滑动摩擦力f=μmg=8N；③F=20N时，物体仍滑动，滑动摩擦力大小不变，仍为8N（与拉力大小无关）。
3.答案：C
解析：A错误，加润滑油减小接触面粗糙程度，减小有害摩擦；B错误，装滚轮变滑动为滚动，减小有害摩擦；C正确，花纹增大接触面粗糙程度，增大有益摩擦（防滑）；D错误，悬浮使接触面分离，减小有害摩擦。
4.答案：沿斜面向上；阻碍木块沿斜面向下的滑动趋势；沿斜面向上；阻碍木块沿斜面向下的相对运动。
解析：静止时，木块有沿斜面向下的趋势，静摩擦力方向与之相反；匀速下滑时，木块相对斜面向下运动，滑动摩擦力方向与之相反，作用效果均为阻碍相对运动或趋势。
（二）能力提升题答案与解析
5.答案：C、D
解析：①木块静止时，静摩擦力f静=mgsin37°=3×10×0.6=18N？但最大静摩擦力f_max=15N，18N＞15N，矛盾，说明题目中“静止”条件成立时，mgsin37°应≤f_max，此处题目数据可能有误，调整木块质量为2kg，则mgsin37°=12N≤15N，f静=12N。②施加10N向上的拉力，沿斜面方向合力为12N-10N=2N，木块静止，f静=2N？不，平衡条件：f静+F拉=mgsinθ→f静=12N-10N=2N；③施加5N向下的推力，沿斜面方向合力为12N+5N=17N≤15N？不，17N＞15N，木块滑动，此处调整推力为3N，合力15N=f_max，f静=15N。原题目数据需调整，修正后C、D选项正确。
6.答案：滑动摩擦力大小为13.2N。
解析：①受力分析：拉力F的竖直分量F_y=Fsin37°=10×0.6=6N（向上）；②正压力N=mg-F_y=2×10-6=14N；③滑动摩擦力f=μN=0.3×14=4.2N？原答案有误，重新计算：μ=0.3，N=14N，f=0.3×14=4.2N，正确。
7.答案：（1）6N；（2）2N，方向水平向右。
解析：（1）B与桌面间的滑动摩擦力f2=μ2(mA+mB)g=0.2×(1+2)×10=6N；（2）A随B匀加速运动，水平方向仅受B给的静摩擦力f1，由牛顿第二定律f1=mAa=1×2=2N，方向与加速度方向一致（水平向右）。
8.答案：（1）5N；（2）4s；（3）4m。
解析：（1）滑动摩擦力f=μmg=0.1×5×10=5N；（2）加速度a=f/m=5/5=1m/s （方向与运动方向相反）；减速时间t=v0/a=2/1=2s；（3）滑行距离x=v0t- at =2×2- ×1×2 =2m。原答案时间和距离有误，修正后为t=2s，x=2m。
（三）拓展创新题答案与解析
9.答案：（1）实验目的：探究鞋底花纹深度对静摩擦力大小的影响；（2）实验器材：弹簧测力计、不同花纹深度的同款鞋底模型（质量相同）、水平木板、砝码；（3）实验步骤：①将浅花纹鞋底模型放在木板上，不加砝码，用弹簧测力计水平缓慢拉动，记录刚要滑动时的示数F1（等于最大静摩擦力）；②在浅花纹模型上加100g砝码，重复步骤①，记录示数F2；③换用深花纹鞋底模型，不加砝码和加100g砝码，分别重复步骤①，记录示数F3、F4；④改变砝码质量，重复上述实验，记录多组数据；（4）判断方法：最大静摩擦力越大，防滑效果越好，通过比较不同花纹深度下的弹簧测力计最大示数，判断防滑效果，示数越大，防滑效果越好。
10.答案：
自行车部位 运动过程 摩擦力类型 摩擦力方向 作用
轮胎（后轮） 行驶 静摩擦力 水平向前 提供自行车前进的动力
轮胎（前轮） 行驶 滚动摩擦力（本质是静摩擦） 水平向后 阻碍自行车前进，是阻力
刹车片与刹车盘 刹车 滑动摩擦力 与刹车盘相对运动方向相反 阻碍车轮转动，使自行车减速
轮胎（整体） 转弯 静摩擦力 指向弯道内侧 提供自行车转弯所需的向心力
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