你好,游客 登录 注册 搜索
背景:
阅读新闻

摩擦力 习题课

[日期:2016-11-09] 来源:  作者:洪格格 [字体: ]

§3.3  摩擦力 习题课

07130119 洪格格

一、教学内容分析

1.内容与地位

课标要求通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律,强调通过物理实验帮助学生认识物理规律,注重了“过程与方法”课程目标的体现,同时要求学生认识滑动摩擦、静摩擦等物理规律,这是“知识与技能”的课程目标体现,对学习结果的要求。最后要求学生能用动摩擦因数计算摩擦力,这是较高水平的属于“理解”层次的要求。

摩擦力是力学中一节富有探究性的内容,非常有利于培养观察和分析实验现象的能力以及理解问题的能力。然而摩擦力又是一节较难理解的而又非常重要的内容。尽管学生在初中阶段已接触到摩擦力概念,定性地学习了滑动摩擦力,并知道了增大和减小摩擦的一些方法,通过分组实验定性地研究滑动摩擦力与表面粗糙程度有关等。但学生对于摩擦力的认识仍较肤浅,由于缺乏实际应用知识的支持,甚至还有些学生形成的概念是“摩擦阻力”,对静摩擦力成为动力的观点,学生普遍持怀疑或反对态度等。摩擦力是力学中常见力之一,学不好摩擦力,将影响到对物体的正确受力分析、影响牛顿定律、动能定理解题,摩擦力做功与产生热能的关系等问题就无法解决。

本节课应注重科学探究过程,教材通过迷你实验室、实验与探究和讨论与交流等栏目,安排学生思考、感受、体验和探索滑动摩擦力的规律,让学生亲身经历探究滑动摩擦力与压力、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。

摩擦力与生活实际及生产实际联系十分密切,教材的编写突出了这一点。在通过实验得出摩擦力的有关知识后,安排了摩擦力的调控,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,教师还可列举如磁悬浮列车、气垫船等与现代科技联系很密切的内容来激发学生的兴趣和好奇心,充分体现新课程“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念。

2.教学目标:

(1)认识静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦,建立正确的摩擦概念。

(2)探究滑动摩擦的规律,会用动摩擦因数计算摩擦力。

(3)探究静摩擦的规律及最大静摩擦力与那些因素有关;会用静摩擦分析和解决相关问题。

(4)知道生活及生产实践中,增大摩擦与减少摩擦的方法

(5)培养学生实事求是地进行实验的科学态度和科学精神。 

3.重点难点:

重点是摩擦力产生的条件、特性和规律,理解滑动摩擦力的产生条件、方向、大小,理解滑动摩擦系数,会正确使用摩擦力公式。

难点是静摩擦力。由静摩擦到滑动摩擦是一个由量变到质变的过程,要注重引导学生通过实验加以理解。

二、案例设计

(一)新课引入

引入方案一:教师边演示边指导学生做下述实验:

让同桌的两位同学将物理课本的逐页对插叠压在一起,然后从书背提出其中一本书,将会发现另一本书并不会滑落;也可让一位同学尽其力拉两书背,观察是否能将两本书拉开。

提问:实验中,不能拉开两本书的原因是什么?(用设疑法激发学生的好奇心引入新课。)

引入方案二:教师演示,学生观察、思考,形成三种摩擦的概念。

实验器材:表面粗糙的长木板,圆柱形铁块或铜块等。

将长木板平放在水平桌面上,再把圆柱形铁块竖放在木板上,然后逐渐抬起长木板一端,观察圆柱形铁块的状态变化。

说明:演示过程中要适时地启发学生先猜想、思考、观察及受力分析,不断启迪思维。如抬起木板前,让学生猜想抬起木板一端,铁块会发生什么现象?再行演示,得出相应的概念;木板倾角不大时(圆柱形铁块静止),可引导学生思考圆柱形铁块为什么不下滑?铁块滑动时,角度大些摩擦力如何变?重新让木板的倾角较小(圆柱形铁块能保持静止),将圆柱形铁块横放在木板上,圆柱形铁块从木板上下滚,引导学生思考“同样的材料、同样的倾角,同样的压力,为什么用滚动就会向下运动?”等等。

这个演示实验虽然很平常,但可以方便老师引入三种摩擦概念,让学生对摩擦概念有一个总体的认识,避免多个演示实验带来理解上的困难。这个引入方案还可以让学生注意到压力与重力不是一回事的道理,让学生正确区分压力与重力的不同之处,为理解摩擦力公式打下基础。

学生:原先可能让为木板一端被抬起时,物块就会滑,结果却让他看到不滑的现象,启发学生思考“物块为什么不会滑下去?”。(引起思考,产生疑问)

引入方案三:准备两块平板及摩擦片,重物一块和经绳一条

实验:让两位同学进行表演,两人用力分别用平板夹住摩擦片提起重物,观察重物被提起的情况,并思考重物是如何被提起的,继而引入摩擦概念。本实验也可让一个同学单独做演示,看谁能夹起越重的物体,进行一场比赛。

(注:提起重物的关键是要增大平板与摩擦片的静摩擦力。)

引入方案四:一米长左右的不锈钢管或光滑塑料管一根,润滑油

在不锈钢管或塑料管的一端预先抹上润滑油,让二位同学用这根管进行拔河,观察胜负情况,并分别让两位同学说说各自的感受。体验摩擦力的作用,为引入新课打好基础。

选择合适的新课引入方式,能让学生有一个清晰的物理图景,正确地建立物理概念,深刻领会物理规律。通过指导学生根据自己的生活观察,列举有关存在摩擦的实例,如流星、运动鞋、汽车运动、汽车离合器、自行车刹车装置、细绳悬挂物体(结)、凉衣服、雨滴从空中下落时、手中的瓶子或毛笔不滑落、线织成布、皮带运输机传送物品、鱼或人在水中游、潜艇在水面或水下航行等生活事例,说明摩擦无所不在,能达到引起学生兴趣,激起学生的求知欲望。

 

(二)新课教学

1.滑动摩擦力

1.利用课本P78的迷你实验室,让学生感受滑动摩擦力作用,知道滑动摩擦力产生的条件。

说明:这个实验目的是让学生通过物理实验来认识和感受滑动摩擦力的作用,对滑动摩擦力有更贴切的认识和理解,这是注重“过程与方法”课程目标的体现。

2.让学生对滑动摩擦力规律的进行猜测,并谈谈如何设计实验来验证自己的想法。

说明:通过引发学生思考滑动摩擦力规律,学会提问题、思考问题,尝试经过思考发表自己的见解,交流验证自己的猜想和感受是否正确的实验方案,初步领会科学探究的思想和方法。

预测:学生认为滑动摩擦力与压力成正比(从书中得来的结论);滑动摩擦力与重力有关;滑动摩擦力与材料性质和接触面粗糙程度有关等等。

说明1:认为“滑动摩擦力与重力有关”这是一个普遍存在的问题,上述新课引入方案二,可以说明滑动摩擦力与重力无关,而只能与压力有关。

说明2:学生设计实验方案可能大部分利用课本提供的方案,教师应注意启发引导学生如何做好这个探究实验;同时应注意有些学生可能有别的方案,要鼓励和认真指导。

3.安排学生进行探究滑动摩擦力与压力、接触面材料和接触面粗糙程度的关系

说明:让学生参加科学实践活动,尝试运用物理原理和研究方法解决认识科学规律的方法,发展学生对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

学生实验:用弹簧秤拉着木块在水平粗糙木板上缓慢移动,使木块沿水平面匀速滑动(保证弹簧秤的示数不变,就可以维持木块匀速前进),记录有关数据(指导学生设计记录表格)。

教师:指导学生对木块进行受力分析,得出滑动摩擦力与拉力的关系及滑动摩擦力方向。

学生实验:在木块上分别加上一个、二个、三个砝码,同样维持物块匀速前进,并做好实验数据的记录。

教师:提示学生注意滑动摩擦力如何变?有什么规律?”,为什么变?什么因素引起变?

学生实验:改变实验条件,把上述实验中的木板换成一块贴有毛巾的木板,也同样选择加放不同砝码,维持匀速运动,记录弹簧秤的示数,比较前后两组实验数据,发现什么?

师生归纳:经实验证明,滑动摩擦力的大小与相互之间的正压力N 成正比,还与接触面的粗糙程度、材料有关。表达为fμNμ是动摩擦因数,由接触面的材料和粗糙程度决定,是没有单位的,μf N 的比值。

教师:滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动。滑动摩擦力的方向总是与接触面相切,且与相对运动方向相反。(教学中要强调是“阻碍相对运动”)

2、静摩擦力

演示物块放在斜面保持静止的实验,并引导学生受力分析,思考物体是否受到摩擦力作用?这个摩擦力跟上述所学到的滑动摩擦力区别在哪里?引发学生思考,引入静摩擦力概念。

安排学生进行“讨论与交流”(课本P80),引导学生总结静摩擦力产生的条件。

提问:静摩擦力的大小如何确定呢?请同学们自己动手实验并得出规律。

学生实验:两人一组,将物块静止地放在贴有毛巾(或地毯布)的木板上,通过弹簧测力计来拉物块:①用较小的拉力,物块保持静止状态,记下拉力大小;②慢慢增加拉力大小,仍使物体保持静止,记下拉力的大小;③继续增大拉力大小,物块依然静止,再记下拉力大小;④当木块刚要开始拉动时,再记下拉力的大小。⑤然后保持匀速运动,记下拉力的大小。(设计如下数据记录表格)

师生:分析表格中的测量数据,得出结论。

次序

测力计读数/N

摩擦力大小/N

1

 

静摩擦力f1

 

2

 

静摩擦力f2

 

3

 

静摩擦力f3

 

4

 

最大静摩擦力fmax

 

5

 

滑动摩擦力f

 

 

 

 

结论:从实验得出:静摩擦力随着拉力的增大而增大,它的极限值就是最大静摩擦力。可见,静摩擦力是一个变力,变化范围为:0<ffmax

最大静摩擦力就是物体刚开始运动时所需的最小拉力,对于这点,还可以设计实验让学生探究最大静摩擦力与压力的关系。

教师:静摩擦力总是阻碍物体的相对运动趋势。静摩擦力的方向总是与物体发生相对运动趋势的方向相反。(教学中要强调是“阻碍相对运动趋势”)

3、摩擦力的调控

让学生结合自己的生活实际,讲述自己的故事:何时因何事为了增大(或减小)摩擦力,采取了什么有效措施(或讲述不成功的做法也行)。

事例参考:汽车要用橡胶的轮胎、刹车皮利用橡胶增大摩擦;轮轴、飞轮、脚墩子以及车把上都安装了滚动轴承以减小摩擦;自行车转动部位加注润滑油以减小摩擦;给生锈的锁孔注润滑油,锁就会好用了;抓鳗鱼(或鳝鱼、泥鳅等)感到困难,摩擦力很小;在大货箱下面安装轮子或放几根圆木棒,采用滚动方式,可以减小摩擦力;汽车在路上打滑时,可在轮子下面放些石子、沙或稻草之类东西,增加摩擦;缝纫机的大轮带动小轮转动,放些松香粉,增加摩擦等。磁悬浮列车或利用气垫减小摩擦的情况,学生不熟悉,可通过多媒体进行介绍,学校里如果有气垫导轨,演示给学生看看就更具体直观。

教师:摩擦无所不在,但有些场合是有益的,而在有些场合却是无益的,如何才能增加或减少摩擦?(学生举例,教师讲评)

说明:由于摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关,要减小有害摩擦,应该使物体表面光滑些,但并不是表面越光滑,动摩擦因数越小.实际上,当两物体表面很粗糙时,由于接触面上交错齿合,会使动摩擦因数很大;对于非常光滑的表面,尤其是非常清洁的表面,由于分子力起主要作用,所以动摩擦因数更大,表面越光洁,动摩擦因数越大.但在力学中,常称“物体表面是光滑的”这是忽略物体之间的摩擦力的一种提法,实际上是一种理想化模型,与上面叙述毫无关系.

利用滚动代替滑动也可以减小摩擦,这就是所有的车辆都安上轮子的道理.机器的转动部分安装滚动轴承,轴承内圈和外圈之间装有很多光滑的钢球或钢柱,这样,转动时的滚动摩擦非常小.

还有一种减小摩擦的方法是使两个互相接触的摩擦面彼此离开.加润滑油可以在摩擦面间形成一层油膜,运动部件只在油膜上滑动,减小了摩擦.利用压缩气体在摩擦面之间形成一层气垫,使摩擦面脱离接触,可以使摩擦变得更小.气垫轴承、气垫船就是利用气垫来减小摩擦的

(3).课堂互动

1、关于摩擦力,下列说法中正确的是(    )

 A.摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同

 B.摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直

 C.运动的物体可以受静摩擦力作用

 D.静摩擦力可以是动力,也可以是阻力,动摩擦力一定是阻力

2、关于滑动摩擦力的产生的说法中,正确的是(  )

  A.只有相互接触且发生相对运动的物体间才可能产生滑动摩擦力

  B.只有运动的物体才可能受到滑动摩擦力

  C.受弹力作用的物体一定会受到滑动摩擦力

  D.受滑动摩擦力作用的物体一定会受到弹力作用

3.关于弹力和摩擦力,下列说法中正确的是(  )

A.两物体间有摩擦力,一定有弹力,且两者方向互相垂直

B.两物体间有弹力作用,一定还有摩擦力作用

C.物体间的摩擦力大小跟接触面积有关

D.物体间有弹力作用,并有相对运动,就一定有摩擦力

4.关于动摩擦因数,下列说法正确的是

 A.两接触面间压力越大,动摩擦因数越大

 B.两物体间滑动摩擦力越大,动摩擦因数越大

 C.两物体间的动摩擦因数与动摩擦力成正比,与两物体间的压力成反比

 D.两物体间的动摩擦因数是由两物体的材料和接触面的粗糙程度等决定的,与动摩擦力和正压力无关

5.下列说法中正确的是(  )

A.人走路时,会受到静摩擦力作用

B.武警战士双手握住竖立的竹竿匀速攀上时,所受的摩擦力的方向是向下的

C.将酒瓶竖直用手握住停留在空中,当再增大手的用力,酒瓶受的摩擦力不变

D.在结冰的水平路面上洒些细土,人走上去不易滑倒,是因为此时人与路面间的最大静摩擦力增大了

6、用10 N的水平力在水平地面上拉着重为50 N的物体时,物体恰好做匀速运动;若用20 N的水平力拉此物体,则物体受的滑动摩擦力的大小为多少?物体与地面间的动摩擦因数为多少?

7.如图示,在μ=0.2的粗糙水平面上,有一质量为20 kg的物体以一定的速度向右运动,同时还有一水平向左的力F作用于物体上,其大小为50 N,则物体受到的摩擦力大小怎样?方向为怎样?(g取10N/kg

 
 

 

 

 

 

 

8、如图,质量分别为m1m2的物体AB放在水平面上,受到水平向右的推力F的作用,一起向右匀速运动,已知物体AB和水平面的动摩擦因数都为μ,那么水平推力是多大?

 

 
 

 

 

 

 

 

9、如图,物体在F力作用下一起向右匀速运动,已知A和B的重力分别为、,试(1)分析AB间以及B和地面之间的摩擦力大小(2)AB间的动摩擦因数和B地间的动摩擦因数。

 

 

 

 

 

 

 

参考答案

1、【答案】ABC

【解析】摩擦力方向与相对运动方向相反,与运动方向无必然联系,AB正确;动静摩擦力的定义是看相对运动,C正确;摩擦力可以是动力也可以是阻力。

2、【答案】AD

3、【答案】A

    【解析】D选项中少一个条件:接触面不光滑。

4、【答案】D

5、【答案】ACD

    【解析】人走路时,脚与地面之间没有相对滑动,是静摩擦力,A对;手握酒瓶,在竖直方向只受两个力作用:摩擦力竖直向上,重力竖直向下,由于油瓶始终静止,所以这两个力平衡,摩擦力始终等于重力,大小不变,C对;武警爬竿时,受到的静摩擦力是向上的。

6、【答案】10N,0.2,5N

【解析】用10N拉力拉物体时,物体匀速,说明拉力与滑动摩擦力平衡,摩擦力大小也是10N,当用20N拉力拉物体时,据滑动摩擦力的定义式知滑动摩擦力与相对运动速度无关,所以还是10N,据有μ=10/50=0.2

7、【答案】40N,方向向左

    【解析】造成要记住滑动摩擦力的计算公式,别被其它不相干因素干扰。

8、【答案】

    【解析】用整体法,把AB看成一个整体,则整体受力平衡,推力与摩擦力平衡,摩擦力大小为,所以推力大小为

9、【答案】F  F     

    【解析】先对A进行受力分析:

如右图可知,由于AB均匀速,所以一定受力平衡,所以B对A的摩擦力大小等于F,方向向左;根据作用力与反作用力,A对B的摩擦力大小也为F,方向向右,作用在B上,为了保证B受力平衡,所以B将受到地面对它的摩擦力,大小也是F。据公式即可求出第二个问题。要注意的是AB间挤压力大小为A的重力,B与地面间的挤压力大小为AB重力之和。

 

 

本资料由《七彩教育网》www.7caiedu.cn 提供!

本资料来源于《七彩教育网》http://www.7caiedu.cn

 

三、案例评析

科学探究是学生认识物理世界,获取物理知识的重要途径,是发展学生智力的前提条件,是检验物理知识真理性的标准。本案例在教学设计中,以增强学生的感性认识为突破口,有机地融合教师演示、学生动手实验、分析推理、总结规律等方法,做到步步有序,环环相扣,前后呼应,不断引导学生动手、动口、动脑,积极参与教学过程,圆满完成教学任务,收到良好的教学效果。在新课引入方面,本案例提供了四种引入方式,其中第二种方案很有启发意义,建议老师参考使用。为了适应高一学生的认识和思维发展水平,要注意根据所讲授的每项知识,确定其演示观察的重点,要有序地引导学生逐项观察,逐项分析,再综合观察,综合分析,使学生通过实践—认识—再实践—再认识,完成认识上的飞跃。

四、相关链接

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。

旋转的乒乓球 的问题

乒乓球的打法变化多端,如横拍打法,弧圈球打法等.其中弧圈球的运动规律并不都是一样:有的降落弧度大,有的入台后几乎平行台面而冲出。这里面包含很多物理原理。

弧圈球的弧度比一般球的高,而且上旋较为强烈。乒乓球的重量仅为2.5g,直径3.8cm,要使它旋转,必须施加一个力矩.为了使球产生强烈的旋转,首先应加强使球旋转的力.这个力的大小,与球拍擦击速度及时间有关:擦击速度越大、时间越短,则作用力就越大,出球旋转越快;这个使球旋转的力,还与球拍表面的结构有关:球拍摩擦系数越大,对球的牵引力也越大;用表面光滑的木板击球,无论怎样使劲想让球产生强烈的旋转,结果总是徒劳的。而用一块粘性较大的反胶皮海棉拍去擦击乒乓球,即使稍稍用力,球也会明显旋转。

使球产生强烈旋转的另一途径尽量加大力臂。作用力的方向与球正切时,力臂最长,等于球的半径。所以打球时,总是要求尽量使力臂接近半径的长度(当然,过于接近球的半径,给予球的作用力反而变得最小,以致于不能使球旋转,甚至连网也过不去)

乒乓球的旋转,还与作用力的方向有关。弧圈球所受的使其旋转向上的力越大,球的上旋性就越强,飞行的弧度也就越高。上弧球入台后,球与台产生了水平向后的摩擦力,它与球自身的重力合成为对球台的向后下方的力,而球台也相应对球产生等值的反向的作用力,因而球入台后,跳得低而且远。但过强的前冲力将使乒乓球入台后几乎平行于球台的平面而冲出。

摩擦的本质

www.0-100.com.cn/4/21/1/0441.htm

1.凹凸啮合说.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、摩损,就形成了对运动的阻碍.

2.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10-8 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.这时要使两个彼比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。

进行课堂小结

 

收藏 推荐 打印 | 录入:jl | 阅读:
相关新闻      
本文评论   查看全部评论 (0)
表情: 表情 姓名: 字数
点评:
       
评论声明
  • 尊重网上道德,遵守中华人民共和国的各项有关法律法规
  • 承担一切因您的行为而直接或间接导致的民事或刑事法律责任
  • 本站管理人员有权保留或删除其管辖留言中的任意内容
  • 本站有权在网站内转载或引用您的评论
  • 参与本评论即表明您已经阅读并接受上述条款
热门评论