《摩擦力》名師教案第2課時

2/8第三節(jié)摩擦力（一）——滑動摩擦力授課人：浙江省舟山市田家炳中學孫佼爾一、設計理念《摩擦力》一課，是高中物理力學中的一個風水嶺?；瑒幽Σ亮@一課時內容表面看似簡單，學生有豐富的生活經(jīng)驗，且初中時已有部分定性理論基礎，但對于相對運動這一產(chǎn)生條件辨析上存在理解上的困難，方向判斷上也需做進一步強化，且學生對定量規(guī)律得出的整個探究過程，在以往學習中缺乏系統(tǒng)的基本經(jīng)歷。我們在教學過程以學生的基本體驗和經(jīng)歷為出發(fā)點，調用各種教學方法和教學器材，力圖使學生在整個概念規(guī)律教學中習得基本知識、掌握基本技能、感悟基本思想。下面是主要設計思路：1.利用問題鏈驅動，結合最簡單的生活實例視頻，引導學生進行思維體操。將拔瓶子、手與毛刷的相對運動、爬桿、跑步機等生活實例拍成視頻，通過慢放和放大處理，以問題鏈的形式引導學生思維探究總結出滑動摩擦力產(chǎn)生條件及方向。2.利用學生分組探究定量實驗，滲透實驗方法，幫助學生完善基本經(jīng)歷掌握實驗技能。讓學生在初學物理時經(jīng)歷完整的探究定量實驗過程，幫助學生進一步養(yǎng)成良好的實驗習慣，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生自主探究能力。3.利用手機同屏軟件，突破分組實驗壁壘。分組實驗最大的弊端在于學生的經(jīng)歷只能局限于自己組探究的因素。課堂中，教師利用手機同屏軟件，突破了展示局限：利用隨堂操作照片糾正操作細節(jié)同時保護學生隱私；利用現(xiàn)場視頻錄制慢放和回放讓學生身臨其境體會操作過程，達到組間交流的效果最大化；利用手機投屏替代傳統(tǒng)攝像頭突破空間限制。4.利用DIS傳感器做“逆向倍增法”課堂演示實驗，滲透數(shù)據(jù)處理和圖像分析技巧。課堂中巧妙設計了關于摩擦力大小與正壓力大小關系的“逆向倍增法”演示實驗，充分利用數(shù)字實驗室的數(shù)據(jù)處理和圖像分析功能，幫助學生提高思維深度。5.巧設應用練習，檢測學習成果。利用一瓶超重沙子測質量的問題，檢測學習成果，提高學生實戰(zhàn)應用水平。當然，滑動摩擦力只是一個教學載體，我們通過對其教學，讓同學們體驗物理過程，觀察物理現(xiàn)象，總結物理規(guī)律，得出物理結論，感悟科學探究的艱辛與樂趣。二、核心素養(yǎng)通過《摩擦力》的探究學習，強化學生物理實驗的基本經(jīng)驗和基本方法，使學生獲得積極地情感體驗和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、互助合作、創(chuàng)新求變的能力，從而提高學生思維探究能力。二、教學目標1．知道滑動摩擦力的產(chǎn)生條件，會判斷滑動摩擦力的方向，分析生活中既常見又簡單的問題中的摩擦力。2.能通過實驗探究發(fā)現(xiàn)決定滑動摩擦力大小的因素：正壓力和接觸面的性質。3．知道滑動摩擦因數(shù)無單位，了解動摩擦因數(shù)與哪些因素有關。4．會運用公式計算滑動摩擦力的大小。三、重難點分析教學重點：1．滑動摩擦力的產(chǎn)生條件；2．滑動摩擦力的方向判斷；3.實驗探究得出滑動摩擦力的大小公式。教學難點：1.運動與相對運動的辨析；2.定量規(guī)律得出的實驗探究基本系統(tǒng)過程。四、教學流程五、教學資源1．教師演示實驗：玻璃瓶、洗潔精、DIS力傳感器、力學導軌、電動機、平板車、木盒5個、大鉤碼5個、吸壁球、廚用臺秤2．學生分組實驗：彈簧秤、木盒、木板、大鉤碼、鐵架臺、細繩、小鉤碼盒、KT板3．媒體資源：多媒體課件、帶有同屏軟件的電腦和手機六、教學過程教學環(huán)節(jié)教學過程學生活動及設計意圖課前登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預習任務。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送本節(jié)預習任務）完成預習任務。根據(jù)優(yōu)教平臺上學生反饋的預習情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點，針對性教學。導入新課足球運動人仰馬翻視頻問題一：視頻中各路大牌球星被一股神奇的力量弄得人仰馬翻。什么原因？學生回答問題。引出課題摩擦力的分類情境創(chuàng)設互動游戲：拔瓶子過渡：提起運動，運動會中最經(jīng)典的集體項目非拔河莫屬，課堂上也請同學們小試身手，以玻璃瓶為器材（課前偷偷在手上抹好洗潔精）進行拔河對決。1.請一男一女兩名同學上臺。2.提問同學們看好誰。3.將沒有涂過洗潔精的一端交給女生。4.引導男生迅速解決戰(zhàn)斗。5.采訪男生輸?shù)舯荣惖脑蚋惺?。學生活動：兩同學拔瓶子，找出勝負原因——摩擦力。男生洗手后回到課堂中。體現(xiàn)人文關懷將摩擦力分類回顧并慢放拔瓶子視頻問題二：請同學們帶著問題仔細觀察兩位同學手和瓶子間的摩擦力是同種類型的嗎？（解說并板書）1.左邊獲勝的小白手和瓶子相對靜止但有相對運動趨勢，受到靜摩擦力。2.右邊輸?shù)舯荣惖男『谑趾推孔酉鄬\動，受到滑動摩擦力。3.初中還學過滾動摩擦力。學生活動：觀察視頻，發(fā)現(xiàn)摩擦力有區(qū)別。了解摩擦力的分類，明確高中階段重點研究：靜摩擦力和滑動摩擦力?；瑒幽Σ亮Φ漠a(chǎn)生條件概念辨析過渡：兩場比賽中，輸?shù)耐瑢W受到的都是滑動摩擦力。今天我們幫他們分析一下失利的原因，先來研究滑動摩擦力。問題三：結合生活經(jīng)驗，你認為滑動摩擦力是怎么產(chǎn)生的，條件是什么？教師針對學生回答補充（板書）：有FN、接觸面粗糙、相對運動問題四：什么叫相對運動？回顧視頻，小白靜止，受靜摩擦力；小黑運動，受滑動摩擦力，可不可以說靜止的物體受到靜摩擦力，運動的物體產(chǎn)生滑動摩擦力？視頻觀察：拔瓶子ROUND2小白后退中取得勝利——運動的物體也能產(chǎn)生靜摩擦力。視頻觀察：拔瓶子ROUND3小白迅速秒殺，小黑原地不動輸?shù)舯荣悺o止的物體也能產(chǎn)生滑動摩擦力。補充說明概念辨析：運動——對地。相對運動——受力物體以施力物體為參考系的運動狀態(tài)。學生猜測：有接觸、擠壓、表面粗糙、有相對運動。由于前攝抑制，學生陷入認知沖突，可能會認為是。學生活動：體會相對運動與運動的區(qū)別。小結：摩擦力種類與運動無關，只與物體間的相對運動狀態(tài)有關。這一環(huán)節(jié)在教學中能激發(fā)學生積極主動的思考探索，形成更加穩(wěn)固的概念辨析，增強學生對判定的基本經(jīng)驗，從而更好地掌握相關知識。實戰(zhàn)演練過渡：是否產(chǎn)生相對運動是甄別靜摩擦和滑動摩擦的關鍵。學以致用一：觀察同學的爬桿視頻，區(qū)分上升、靜止、下降三個階段手受到的摩擦力？教師解釋：上升時手和桿子相對靜止——靜摩擦力。靜止時——靜摩擦力。下滑時最后有幾秒緩沖——滑動摩擦力和靜摩擦力皆有。學生活動：同學觀察視頻判斷三個階段摩擦力類型。闡述判斷依據(jù)。學生自我修正，從錯誤經(jīng)驗逐步推演出正確答案。滑動摩擦力的方向方向探究過渡：要深入學習某一個力我們往往從力的三要素入手。很顯然摩擦力作用于兩個物體的接觸面上。下面我們來討論滑動摩擦力的方向該如何判斷？互動體驗（觸覺）：手壓在桌上向前推感受摩擦力方向。視頻觀察（視覺）：左手放在底下不動，右手擠壓板書向右。引導學生從刷毛彎曲方向判斷摩擦力方向。繼續(xù)觀察視頻：左手左推，板刷靜止。發(fā)現(xiàn)滑動摩擦力與受力物體運動方向無關，引導學生判斷相對運動方向。問題五：通過三個視頻，請小結滑動摩擦力方向。追問：相對指的是誰對誰？能否得到一個普遍適用的結論。學生活動：分別從觸覺和視覺感知滑動摩擦力方向，初步得出滑動摩擦力與運動方向相反，陷入誤區(qū)。糾偏：滑動摩擦力方向——沿接觸面，與（受力物體）相對（施力物體）運動方向相反。方向問題是滑動摩擦力學習的難點，讓學生陷入思維誤區(qū)，得到錯誤經(jīng)歷，也是一中寶貴的教學資源，更有利于學生加深印象，總結出更嚴謹?shù)奈锢硪?guī)律。實戰(zhàn)演練過渡：得出物理規(guī)律，再來進行實戰(zhàn)演練。學以致用二：仔細觀察視頻中的黃色小滑塊，判斷它受到的摩擦力并說明依據(jù)。追問：木塊的運動方向向哪里？小結：滑動摩擦力從效果上不僅可以充當阻礙物體運動的阻力，有時也能夠推動物體運動，充當動力。學生回答問題。(木塊對板向左運動，它受到的滑動摩擦力向右)學生進行判斷。(木塊運動向右，與滑動摩擦力同向)滑動摩擦力的大小實驗方案設計過渡：明確了滑動摩擦力的方向，接下來我們重點來研究滑動摩擦力的大小。問題六：思考并猜測，滑動摩擦力的大小會與哪些因素有關系？追問：這么多因素能一起研究嗎？示例：比如研究摩擦力與正壓力的關系，保持其他因素不變，只改變壓力這一個因素，測量物體的滑動摩擦力的大小。問題七：利用桌上的儀器，如何測量滑動摩擦力的大?。啃〗M討論嘗試設計實驗方案。教師活動：教師用手機隨堂進行實驗方案拍照，關注指導操作細節(jié)。方案一追問1：彈簧秤測的是摩擦力嗎？為什么拿彈力替代摩擦力？方法提煉：物理實驗中，當我們遇到如摩擦力這樣難以直接測量的物理量，可將其轉換為測量等比或者等效的易于測量的物理量，這種方法叫做轉換法。追問2：操作上有什么實際困難？怎樣改進？學生猜想：粗糙程度、正壓力、接觸面大小、速度、材料等。用控制變量法。學生設計：方案一：彈簧秤拉動木盒補充——利用二力平衡，彈簧秤勻速拉動木盒。彈力與摩擦力相等。思考發(fā)現(xiàn)勻速運動徒手很難控制，不穩(wěn)定，改進方案。方案二：固定木盒，抽動木板木盒靜止，利用二力平衡，摩擦力等于彈力。以問題鏈的形式，讓學生不斷進行方案的自我修正，培養(yǎng)學生實驗探究能力的同時使學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。探究Ff與v過渡：采用方案二，用控制變量思想，進行探究。演示實驗一：探究Ff與v的關系視頻：跑步機上跑步，探究木盒與傳送帶之間的摩擦力大小與相對運動速度之間的關系。（優(yōu)教提示：請打開素材“動畫演示：靜摩擦力與滑動摩擦力的轉化”）學生活動：觀察視頻，得出結論——滑動摩擦力大小與相對運動速度無關。分組探究Ff與S、FN和接觸面關系過渡：既然如此，接下來就無需控制速度了，由于要探究的因素比較多，我們分組進行實驗探究。注意事項：1．利用手機修圖和同屏軟件展示學生方案設計時的細節(jié)，請學生甄別正誤。2．彈簧秤要事先調零。3．抽動木板時要一抽到底，不要一停一抽。4．小組合作完成實驗做好數(shù)據(jù)記錄和處理并得出實驗結論，結束之后請各組派代表進行展示。教師活動：教師用手機隨堂進行實驗視頻拍攝和上傳，關注指導操作細節(jié)。過渡：由于分組實驗每個同學只探究了一個因素，分享環(huán)節(jié)尤為重要，請同學們自習聆聽和觀察體會其他組的實驗過程和結論。學生實驗一：探究Ff與S的關系指出彈簧秤估讀位數(shù)，精確到0.1N。在后面的所有實驗中都需強化糾正估讀。學生實驗二：探究Ff與FN的關系問題八：如何處理數(shù)據(jù)，得到進一步的定量關系？學生活動：觀察圖像，判斷正誤，得出操作時彈簧秤要保持水平的注意要點。用隨堂拍攝的方式使得學生對實驗經(jīng)歷的印象更為深刻和具象。學生活動：分組進行實驗探究，記錄和處理數(shù)據(jù)。學生實驗一：探究Ff與S關系利用木盒正面、側面、豎直面改變接觸面面積，測出對應摩擦力大小，發(fā)現(xiàn)三次測量均為0.8N。得出結論：Ff與S無關。學生實驗二：探究Ff與FN關系1．測量木盒與一個大鉤碼的總重為3.0N，測出對應摩擦力大小。2．測得一個小鉤碼0.5N，為了方便數(shù)據(jù)處理，兩個兩個加入木盒，測量對應的摩擦力大小。3．多次測量4.初步得出：FN越大，F(xiàn)f越大5．觀察數(shù)據(jù)，利用比值法處理，發(fā)現(xiàn)比值幾乎為一定值0.3。6.結論：FN與Ff成正比。演示實驗：利用傳感器探究摩擦力大小與正壓力關系問題九：要驗證兩個物理量成正比，還能用怎樣的數(shù)據(jù)處理方法？演示實驗二：傳感器“逆向倍增法”探究Ff與FN的關系（一）器材介紹1．力學導軌：置于底部。2．電動機：導軌右側，用于代替手平穩(wěn)的抽動板車進行“拖車”。3．自制平板車：表面平整。右側與電動機用細線連接。4．五個同款木盒，每個內置固定鉤碼：置于平板車上，底下的木盒細線連在力傳感器上。5．力傳感器：固定于導軌左側。連接數(shù)據(jù)采集器到電腦上。（二）實驗思想方法利用盒子一個一個搬下來的辦法，實現(xiàn)對正壓力的變化，用逆向思維和倍增法思想實現(xiàn)正壓力一份一份減小，同時保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。（三）實驗操作和數(shù)據(jù)處理1．調零，建立Ff—t圖像，方便記錄摩擦力大小隨時間的變化；2．打開電動機；3．將木盒一個個快速搬下；4．關閉電動機，停止記錄；5．對每一段數(shù)據(jù)取平穩(wěn)的一段，取平均值計入表格；6．添加變量FN，輸入對應的正壓力大小；7．對表格進行描點；8．線性擬合；9．分析圖像物理意義：滑動摩擦力大小與正壓力成正比；10．得出表達式：Ff=μFN學生回答：圖像法利用分組探究和演示實驗結合，手機同屏軟件，突破了展示局限：現(xiàn)場視頻錄制慢放和回放讓學生身臨其境體會操作過程，達到組間交流的效果最大化，讓學生在初學物理時經(jīng)歷完整的探究定量實驗過程，同時打開思路和眼界，接觸到DIS這樣更為緊密的測量儀器，幫助學生進一步養(yǎng)成良好的實驗習慣，提高數(shù)據(jù)處理分析能力和思維深度，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生探究能力。學生活動：觀察實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。圖像呈階梯狀分布。學生參與數(shù)據(jù)處理：多組數(shù)據(jù)取平均值，作Ff—FN圖像，F(xiàn)N對應變量應為15.0N、12.0N、9.0N、6.0N、3.0N。觀察點跡分布似乎在一條直線上，要驗證正比關系希望得到一條過原點的直線。滑動摩擦因數(shù)過渡：剛才的實驗驗證了同學們的猜測，滑動摩擦力大小與正壓力成正比，這個比例系數(shù)叫動摩擦因數(shù)。記為μ，沒有單位。測量中我們發(fā)現(xiàn)同一塊木板上μ為定值，如剛才同學們測得木盒與木板之間為0.3左右。問題十：哪些因素為影響到動摩擦因數(shù)的大??？已知數(shù)據(jù)的比較：傳感器測量的直線斜率即平板車的動摩擦因數(shù)為0.23左右，比分組實驗小，說明平板車所用木板教光滑，粗糙程度不同。學生實驗三展示：探究Ff與接觸面材料的關系利用手機同屏軟件展示學生所做表格。（優(yōu)教提示：請打開素材“動畫演示：滑動摩擦力”）學生思考