探究滑动摩擦力的大小

探究滑动摩擦力的大小
1、目标：
◆知识与技能
⑴知道一个物体在另一个物体表面上滑动和滚动时，都会产生摩擦。
⑵知道影响滑动摩擦力大小的因素。知道增大和减小摩擦的方法，了解摩擦在现实生活中的应用。
◆过程与方法
⑶通过观察和实验，感知摩擦的存在。
⑷经历探究“影响滑动摩擦力大小的因素”的过程，领悟其中的科学方法。
◆情感态度与价值观
⑸通过对摩擦的利弊分析，使学生对事物的两重性有具体的认识，有助于确立正确的世界观。
2、教材说明
本节主要内容有：认识生活中的摩擦，探究滑动摩擦力的大小，了解增大摩擦与减小摩擦的方法。
摩擦是一种常见的现象，与人们的生活息息相关，摩擦力也是我们最常见的力之一。滑动摩擦力既是本章的重点，又是以后学习牛顿运动定律、力和运动的关系、力的平衡等知识的基础。本节课通过实验探究影响滑动摩擦力大小的因素，可进一步培养学生科学探究的能力。
本节的编写思路是：教材首先展示5幅彩图，指出这些现象都跟摩擦有关，引出滑动摩擦、滚动摩擦、滑动摩擦力的概念。然后通过生活中的两个现象，提出要探究的问题：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关呢？激发学生探究的兴趣。紧接着安排学生进行实验探究，让学生经历较为完整的科学探究过程。然后教材通过“信息浏览”栏目，介绍了“摩擦定律”和“滚动摩擦”的有关知识，目的是拓宽学生的知识面。最后教材又指出，摩擦与人们的生活联系密切，在生活中有些摩擦是有益的，有些是有害的。让学生通过观察和讨论，指出在一些生活事例中，哪些地方是为了增大摩擦，哪些地方是为了减小摩擦，并总结出增大摩擦和减小摩擦的方法。
与传统教材相比，该节教材的编写更加注重教给学生科学探究的方法，培养学生自主探究的能力。如“探究滑动摩擦力的大小”，教材先结合生活中的两个现象，创设问题情景，引发学生提出要探究的问题；再让学生用手掌在桌面上摩擦，体验滑动摩擦力的大小，为猜想滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关提供依据。“制定计划”、“设计实验与收集证据”两个环节，教材并没把现成的方案和具体的实验步骤详尽地写出来，而是指引思路，通过“金钥匙”教给方法，利用简捷明了的图片提示实验方法步骤，通过“想一想”引导学生解决实验中需要解决的问题。科学探究的内容采用这种方法编写，既给学生留出思维的空间，又不会使学生茫然无措，有利于引领学生自主探究。
本节教学重点：探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关的实验，能很好地培养学生的探究能力、创新精神、协作意识，使学生领悟其中的科学方法，增强学生对科学实验的兴趣，所以探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关是本节教学的重点。
本节教学难点：滑动摩擦力的定义学生不容易理解，是本节教学的难点。
3、教学建议
生活中的摩擦
本节课可以从日常生活中常见的摩擦现象引入。例如先向学生提问：自行车在水平道路上行进时，如果不蹬脚踏板，无论路面多么光滑，总会慢慢停下来，为什么？滑旱冰的运动员穿的溜冰鞋的鞋底为什么装有小轮子？饮料瓶的瓶盖上为什么常刻有一些竖条纹？为什么沾油的手很难将杯子拿起……或播放一段滑雪、滑冰、汽车在泥地里打滑的录像，然后提出相应的问题，引入新课。
也可以用新奇的小实验引入，提高学生的兴趣。教师出示一只气球和一只烧杯，问学生：你们能利用这只气球将这只烧杯提起来吗？学生可能想不出办法，教师演示：把气球放在烧杯中，用嘴将气球吹起，使气球与烧杯内壁紧密接触，向上提气球时，就把烧杯提起来了。也可演示“筷子提米”的实验：在玻璃杯里装入大半杯大米，把筷子插在中间，往大米上加少许水，等一段时间，拿起筷子就可以把装米的玻璃杯提起来（这个实验需要的时间较长，可以上节课拿来演示加米、加水，下节课再展示提起筷子就可以把米和杯子提起。本实验出乎学生预料，对于激发学生兴趣，具有较好效果）。
还可以通过小游戏引入。挑选两名同学，一名力气大的男生和一名力气一般的女生，进行拔河比赛；让男生穿上旱冰鞋，再与女生进行拔河比赛，结果男生“输”了。或利用一根不锈钢棒（棒的一端事先涂上了润滑油）进行拔河比赛。请学生分析其中的原因。
教师要引导学生再举出生活中与摩擦有关的其他事例，相互交流和讨论，体验摩擦与生活密切相关，并由此提出滑动摩擦和滚动摩擦的概念。建议不要在此补充静摩擦的概念，以免增大学生学习的难度。关于滑动摩擦力定义中“相对运动”的含义，学生不容易理解，可引导学生做一做下面的实验：用毛刷在木板上滑动，观察刷毛弯曲的方向；毛刷不动，抽动木板，观察刷毛弯曲的方向。讨论上述两种情况下，毛刷相对木板的运动方向各是怎样的？毛刷受到的滑动摩擦力方向各是怎样的？摩擦力对毛刷相对木板的运动各起什么作用？通过上述实验和讨论，学生对“滑动摩擦力阻碍物体的相对运动”就容易理解了。
探究滑动摩擦力的大小
这部分教材是本节的核心内容。教学时教师应把学习的主动权放给学生，让学生经历科学探究的过程，体验探究的乐趣和成功的喜悦；教师起引导和组织作用。
（1）提出问题
建议先通过几个活动让学生感受摩擦力的大小，再引导学生提出问题和猜想。例如可让学生进行以下活动：把手放在桌面上，轻压桌面，拖动，手用力压桌面，再拖动；用铅笔在纸上写字，再在玻璃上写字。让学生谈谈：有什么发现？能提出什么问题？也可按教材中的问题情景，引导学生提出问题：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？
还可采用下面的方法引导学生提出问题：
先放一段录像，展现生活中与摩擦力大小有关的一些场景：①人在冰上打滑，一匹骡子在冰面上打滑；②汽车在冰面上打滑，加上防滑链后不打滑；③汽车陷入泥坑中，车轮打滑，加上草垫后顺利通过；④抓鱼时不用力，鱼会滑脱，用力可以抓住；⑤传送带松了不能正常运转，张紧皮带后正常工作。
看完录像后教师启发学生思考：根据这些现象，同学们有什么发现，什么疑问？此时大部分学生提出的问题往往只能对观察到的现象加个“为什么”。如“人为什么在冰面上易打滑，而在地面上不打滑？”学生提出这类问题后，教师继续引导：“我们提出的这些问题都与什么有关？”学生回答得出“都与摩擦力的大小有关”。教师再追问：“对于摩擦力的大小，你还想知道什么？还能提出什么问题？”至此学生就能水到渠成地提出较为深刻、具有研究价值的问题。
（2）猜想与假设
学生根据实验的感受和已有的知识、经验，通过思考，可能会有这样的猜想：滑动摩擦力大小跟压力有关，跟物体的粗糙程度有关，跟物体运动的快慢有关，跟物体接触面积的大小有关，跟物体的重力有关等。既要对学生大胆的猜想给予鼓励，又要注意引导学生进行科学的猜想，让学生说出猜想的依据。然后，师生共同对这些猜想进行分析、归纳，最后可合并为四个因素：滑动摩擦力的大小跟压力、接触面的粗糙程度、接触面积、运动速度有关。这样就可以有针对性地设计实验和收集证据了。
（3）制定计划与设计实验
可以先让学生交流和讨论制定出实验方案，教师可提醒学生注意影响滑动摩擦力大小的因素不止一个，应该采用怎样的方法来研究呢？在实验中如何控制这些变量？滑动摩擦力的大小如何测量？如何才能准确读数？并且要求学生设计出记录数据的表格。
通过学生的思考、交流和讨论，老师的点拨，学生大都能制定出正确的探究计划，然后让学生介绍自己的方案，并且让全体学生对该方案进行评估、纠错、补充、完善。
除教材中的实验方法外，鼓励学生创造性地设计实验。如：可用大玻璃瓶代替木块，用细绳牵引玻璃瓶在木板表面上滑动，在研究摩擦力和压力的关系时，可以通过改变加水的多少来改变压力的大小；还可以通过瓶底朝下和瓶口朝下改变接触面积的大小，研究摩擦力和接触面积的关系；还可以让瓶子滚动来研究滚动摩擦等等。
（4）进行实验与收集证据
建议学生每2－4人为一组，因课堂时间有限，每个小组可选择三个问题进行探究，必选问题：研究滑动摩擦力的大小与压力大小和表面粗糙程度的关系；自选问题：其他几个猜想任选其一进行实验。鉴于学生的认知水平，在实验中，要给学生做如下具体指导：
①匀速拉木块运动时，拉动木块所用的力与木块受到的摩擦力大小相等，因此用弹簧测力计测出摩擦力的大小，就等于拉力的大小。
②使木块在木板上做匀速直线运动的关键是拉力要均匀，眼睛注视弹簧测力计的指针，在指针不颤动时读数。
③由于弹簧测力计本身受到重力的作用，为了保证拉力在水平方向上，牵引木块时，可握住弹簧测力计的外壳，而不是只拉住吊环。
④实验过程中，指导学生正确使用弹簧测力计并正确读数，如实记录实验数据。
为方便操作和减小实验的误差，也可以采用图6-17所示的方法进行实验：将木板放在水平桌面上，将弹簧测力计的提环固定，弹簧测力计的挂钩水平地拉住木块，向左水平抽动木板，使木板在木块下面匀速滑动。在这个方案中，由于弹簧测力计是静止的，更容易读准示数。
（5）分析与论证
实验结束后，指导学生对实验现象和数据进行分析，对实验结果进行解释和描述。小组之间互相交流、分类整理，得出结论。
实验结论：滑动摩擦力的大小跟物体间接触表面的粗糙程度以及压力的大小有关。在压力一定的情况下，接触表面越光滑，滑动摩擦力越小；在接触表面粗糙程度相同的情况下，压力越大，滑动摩擦力越大。
同时鼓励有兴趣的同学，在课后可继续探究滑动摩擦力是否与其他因素有关。
（6）收获与反思
在课堂教学中，教师不仅要关注学生学习的结果，还要重视学生的学习过程。实验结束后，可以询问学生：在探究的过程中，你有什么收获？还有什么问题无法解决？
这里的“收获”不仅指学到了什么知识，而且指学生在学习过程中领悟到了哪些方法、有哪些情感体验，如学生体验到成功的喜悦及与同伴合作的快乐，即使是失败了，学生也会积累一些经验和教训，并且失败后会反思，会进行再实践、再验证，这也是他们的收获。
“信息浏览”中关于“在相同压力情况下，滚动摩擦比滑动摩擦小得多”，可以通过小实验来验证：把带轮的小车车轮向下放在水平桌面上，用弹簧测力计拉着小车做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数；再将小车倒置在水平桌面上，用弹簧测力计拉着小车做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数；比较两次弹簧测力计的示数可得出结论。或将一木块放在水平桌面上，用弹簧测力计拉着它做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数；在木块下放几根圆柱形的铅笔，用弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数；比较两次弹簧测力计的示数得出结论。
增大摩擦与减小摩擦的方法
可以先问学生：摩擦对我们的生活是有益的还是有害的？让学生自由辩论，然后师生共同总结，指出摩擦有时是有益的，有时是有害的，认识到摩擦跟其他许多事物一样，对我们的生活同样具有两面性，应该研究增大摩擦和减小摩擦的方法。然后让学生根据所学知识总结出增大和减小摩擦的方法，并引导学生列举生活中的事例，分析它们是如何增大和减小摩擦的，在减小摩擦的事例中，学生会提出加润滑剂和用滚动代替滑动（如滚珠轴承）等方法。
接着让学生阅读课文，并回答课文中的问题。
学生根据探究所得到的影响滑动摩擦力大小的因素和滚动摩擦比滑动摩擦小得多的生活经验，结合自己熟悉的生活事例分析，不难得出：增大有益摩擦的方法有增加接触面的粗糙程度、增大物体间的压力和用滑动代替滚动（如汽车急刹车）；减小有害摩擦的方法有加润滑剂、减小压力和用滚动代替滑动（如滚珠轴承）。
教学中应引导学生多列举生活中的事例，分析它们是如何增大和减小摩擦的。这样不仅可以更好地帮助学生了解物理知识，而且可以使学生充分认识到物理与生活的紧密联系。还可以推来一辆自行车，让学生观察思考：哪些部位需要增大摩擦？哪些部位需要减小摩擦？分别采用什么方法实现的？
还可以介绍另一种减小摩擦的方法，使两个互相接触的摩擦面彼此离开。例如气垫船就是利用气垫来减小摩擦的；磁悬浮列车通过强磁场把列车从轨道上微微托起，使摩擦力大大减小（最好能用多媒体播放有关视频资料）。
4．教学评价
●课堂测评
1．在光滑的冰面上，空手行走往往比挑担子行走的人更容易打滑，这是由于挑担后对冰面的 增大，从而使 增大的缘故。
2．下列各种摩擦中，属于有害摩擦的是 ，属于有益摩擦的是 （填序号）。
(1)机器运转时，各部件之间的摩擦；
(2)拔河比赛时，手与绳子之间的摩擦；
(3)自行车行进时，后轮胎与地面间的摩擦；
(4)吃饭时，筷子与食物之间的摩擦。
3．下列现象中可以减小摩擦的是 （ ）
A．拔河时用力握住绳子
B．旅行箱的下面安装小轮子
C．钢笔帽拧得太紧不易打开，要把笔帽拧开，往往在手与钢笔之间垫一块毛巾
D．为了把桌面上的污渍擦干净，常常用较大的力压抹布
4．下列事例中，通过改变压力的大小来改变摩擦的是（ ）
A.陷在泥泞中的汽车，车轮打滑时，常在车轮下铺一些碎石或稻草
B.往生锈的锁里滴一些油便于开锁
C.自行车紧急刹车时，要用力捏紧车闸使自行车尽快停下
D.高低杠运动员上杠前，在手上涂镁粉
5．人力三轮车是日常生活中常用的交通工具，请回答下列问题：
⑴三轮车轮胎上的花纹有什么作用？
⑵三轮车的哪些部位需要减小摩擦？请列举两例，并说明分别采用什么措施来减小摩擦。
⑶用三轮车拉货时，若拉不动，常常卸下一些货物，这样做的道理是什么？
6．某小组正在探究“滑动摩擦力的大小与接触面积、接触面湿度是否有关”。他们选择了一块各侧面粗糙程度相同并带有挂钩的长方体物块作为研究对象。
⑴该实验所用到的测量工具是____ ______。

序号接触面积S接触面的干湿程度摩擦力f/N
1小干0.5
2中干0.5
3大干0.5
4大较湿0.6
5大湿0.8

⑵上表是实验记录的数据，通过分析表中序号为__________的实验记录，可得到的初步结论是：滑动摩擦力的大小与_____________无关；表中序号为3、4、5的实验记录，则可说明滑动摩擦力的大小与_____________有关。
7．小明在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中，实验过程如图6-18所示。
（1）比较_______两图，说明滑动摩擦力的大小与压力的大小有关；比较____ __两图，说明滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。
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（2）在此基础上，小明猜想：滑动摩擦力的大小可能与物体运动的速度有关。请你利用图中已有器材验证小明的猜想，写出你的做法。
【参考答案】
1．压力 摩擦(力) 2．(1) (2)(3)(4) 3．B 4．C
5．⑴增大摩擦 ⑵在轴承内加钢珠，以滚动代替滑动减小摩擦；在轴承内加润滑油，使接触面隔开从而减小摩擦。 ⑶减小三轮车对地面的压力，从而减小摩擦力。
6．（1）弹簧测力计 （2）1、2、3 接触面积的大小 接触面的干湿程度
7 ．（1）甲、乙 甲、丙 （2）利用甲（或乙或丙）图的器材，用弹簧测力计分别以不同的速度匀速拉动木块；观察测力计的示数是否相同，从而得出结论。
●“自我评价与作业”指导
1．略
2．（1）滑动摩擦 （2）滚动摩擦 （3）滑动摩擦
3．自行车外胎制有凹凸不平的花纹，这是为了增大摩擦。刹车时，通过增大刹车闸片与车轮之间的压力来增大摩擦。转动轴承采用滚珠和加润滑油的方法来减小摩擦。
　　4．新球鞋的鞋底凹凸不平更明显，能增加接触面的粗糙程度，从而增大鞋底与地面的摩擦。地面上有很多沙子，拔河时鞋底下的沙粒滚动，由于滚动摩擦较小，所以容易打滑。地面太平滑，鞋底与地面间的摩擦较小，也容易打滑。
5．（1）将铁块放在木块上，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，记下测力计示数F1；（2）将木块放在铁块上，用弹簧测力计水平匀速拉动铁块，记下测力计示数F2.。

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