《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(xué)孫佼爾一、設(shè)計理念《摩擦力》一課，是高中物理力學(xué)中的一個風(fēng)水嶺?；瑒幽Σ亮@一課時內(nèi)容表面看似簡單，學(xué)生有豐富的生活經(jīng)驗，且初中時已有部分定性理論基礎(chǔ)，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(jìn)一步強化，且學(xué)生對定量規(guī)律得出的整個探究過程，在以往學(xué)習(xí)中缺乏系統(tǒng)的基本經(jīng)歷。我們在教學(xué)過程以學(xué)生的基本體驗和經(jīng)歷為出發(fā)點，調(diào)用各種教學(xué)方法和教學(xué)器材，力圖使學(xué)生在整個概念規(guī)律教學(xué)中習(xí)得基本知識、掌握基本技能、感悟基本思想。下面是主要設(shè)計思路：1.利用問題鏈驅(qū)動，結(jié)合最簡單的生活實例視頻，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(dǎo)學(xué)生思維探究總結(jié)出滑動摩擦力產(chǎn)生條件及方向。2.利用學(xué)生分組探究定量實驗，滲透實驗方法，幫助學(xué)生完善基本經(jīng)歷掌握實驗技能。讓學(xué)生在初學(xué)物理時經(jīng)歷完整的探究定量實驗過程，幫助學(xué)生進(jìn)一步養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xì)節(jié)同時保護學(xué)生隱私；利用現(xiàn)場視頻錄制慢放和回放讓學(xué)生身臨其境體會操作過程，達(dá)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(shè)計了關(guān)于摩擦力大小與正壓力大小關(guān)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(xué)生提高思維深度。5.巧設(shè)應(yīng)用練習(xí)，檢測學(xué)習(xí)成果。利用一瓶超重沙子測質(zhì)量的問題，檢測學(xué)習(xí)成果，提高學(xué)生實戰(zhàn)應(yīng)用水平。當(dāng)然，滑動摩擦力只是一個教學(xué)載體，我們通過對其教學(xué)，讓同學(xué)們體驗物理過程，觀察物理現(xiàn)象，總結(jié)物理規(guī)律，得出物理結(jié)論，感悟科學(xué)探究的艱辛與樂趣。二、核心素養(yǎng)通過《摩擦力》的探究學(xué)習(xí)，強化學(xué)生物理實驗的基本經(jīng)驗和基本方法，使學(xué)生獲得積極地情感體驗和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)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(xué)生思維探究能力。二、教學(xué)目標(biāo)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(zhì)。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(guān)。4．會運用公式計算滑動摩擦力的大小。三、重難點分析教學(xué)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(xué)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(xué)流程五、教學(xué)資源1．教師演示實驗：玻璃瓶、洗潔精、DIS力傳感器、力學(xué)導(dǎo)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(xué)生分組實驗：彈簧秤、木盒、木板、大鉤碼、鐵架臺、細(xì)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(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)過程學(xué)生活動及設(shè)計意圖課前登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）完成預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點，針對性教學(xué)。導(dǎo)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(xué)生回答問題。引出課題摩擦力的分類情境創(chuàng)設(shè)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(xué)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(jìn)行拔河對決。1.請一男一女兩名同學(xué)上臺。2.提問同學(xué)們看好誰。3.將沒有涂過洗潔精的一端交給女生。4.引導(dǎo)男生迅速解決戰(zhàn)斗。5.采訪男生輸?shù)舯荣惖脑蚋惺?。學(xué)生活動：兩同學(xué)拔瓶子，找出勝負(fù)原因——摩擦力。男生洗手后回到課堂中。體現(xiàn)人文關(guān)懷將摩擦力分類回顧并慢放拔瓶子視頻問題二：請同學(xué)們帶著問題仔細(xì)觀察兩位同學(xué)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(xué)過滾動摩擦力。學(xué)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(xué)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(jié)合生活經(jīng)驗，你認(rèn)為滑動摩擦力是怎么產(chǎn)生的，條件是什么？教師針對學(xué)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(xué)生猜測：有接觸、擠壓、表面粗糙、有相對運動。由于前攝抑制，學(xué)生陷入認(rèn)知沖突，可能會認(rèn)為是。學(xué)生活動：體會相對運動與運動的區(qū)別。小結(jié)：摩擦力種類與運動無關(guān)，只與物體間的相對運動狀態(tài)有關(guān)。這一環(huán)節(jié)在教學(xué)中能激發(fā)學(xué)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(xué)生對判定的基本經(jīng)驗，從而更好地掌握相關(guān)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(guān)鍵。學(xué)以致用一：觀察同學(xué)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(xué)生活動：同學(xué)觀察視頻判斷三個階段摩擦力類型。闡述判斷依據(jù)。學(xué)生自我修正，從錯誤經(jīng)驗逐步推演出正確答案?；瑒幽Σ亮Φ姆较蚍较蛱骄窟^渡：要深入學(xué)習(xí)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?jǐn)D壓板書向右。引導(dǎo)學(xué)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(guān)，引導(dǎo)學(xué)生判斷相對運動方向。問題五：通過三個視頻，請小結(jié)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(jié)論。學(xué)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(xué)習(xí)的難點，讓學(xué)生陷入思維誤區(qū)，得到錯誤經(jīng)歷，也是一中寶貴的教學(xué)資源，更有利于學(xué)生加深印象，總結(jié)出更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢硪?guī)律。實戰(zhàn)演練過渡：得出物理規(guī)律，再來進(jìn)行實戰(zhàn)演練。學(xué)以致用二：仔細(xì)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(jié)：滑動摩擦力從效果上不僅可以充當(dāng)阻礙物體運動的阻力，有時也能夠推動物體運動，充當(dāng)動力。學(xué)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(xué)生進(jìn)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(shè)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(guān)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(guān)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??？小組討論嘗試設(shè)計實驗方案。教師活動：教師用手機隨堂進(jìn)行實驗方案拍照，關(guān)注指導(dǎo)操作細(xì)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(dāng)我們遇到如摩擦力這樣難以直接測量的物理量，可將其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換法。追問2：操作上有什么實際困難？怎樣改進(jìn)？學(xué)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(xué)生設(shè)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(jìn)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(xué)生不斷進(jìn)行方案的自我修正，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力的同時使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。探究Ff與v過渡：采用方案二，用控制變量思想，進(jìn)行探究。演示實驗一：探究Ff與v的關(guān)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(guān)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(zhuǎn)化”）學(xué)生活動：觀察視頻，得出結(jié)論——滑動摩擦力大小與相對運動速度無關(guān)。分組探究Ff與S、FN和接觸面關(guān)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(jìn)行實驗探究。注意事項：1．利用手機修圖和同屏軟件展示學(xué)生方案設(shè)計時的細(xì)節(jié)，請學(xué)生甄別正誤。2．彈簧秤要事先調(diào)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(jié)論，結(jié)束之后請各組派代表進(jìn)行展示。教師活動：教師用手機隨堂進(jìn)行實驗視頻拍攝和上傳，關(guān)注指導(dǎo)操作細(xì)節(jié)。過渡：由于分組實驗每個同學(xué)只探究了一個因素，分享環(huán)節(jié)尤為重要，請同學(xué)們自習(xí)聆聽和觀察體會其他組的實驗過程和結(jié)論。學(xué)生實驗一：探究Ff與S的關(guān)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(xué)生實驗二：探究Ff與FN的關(guān)系問題八：如何處理數(shù)據(jù)，得到進(jìn)一步的定量關(guān)系？學(xué)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(xué)生對實驗經(jīng)歷的印象更為深刻和具象。學(xué)生活動：分組進(jìn)行實驗探究，記錄和處理數(shù)據(jù)。學(xué)生實驗一：探究Ff與S關(guān)系利用木盒正面、側(cè)面、豎直面改變接觸面面積，測出對應(yīng)摩擦力大小，發(fā)現(xiàn)三次測量均為0.8N。得出結(jié)論：Ff與S無關(guān)。學(xué)生實驗二：探究Ff與FN關(guān)系1．測量木盒與一個大鉤碼的總重為3.0N，測出對應(yīng)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(yīng)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(jié)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(guān)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(guān)系（一）器材介紹1．力學(xué)導(dǎo)軌：置于底部。2．電動機：導(dǎo)軌右側(cè)，用于代替手平穩(wěn)的抽動板車進(jìn)行“拖車”。3．自制平板車：表面平整。右側(cè)與電動機用細(xì)線連接。4．五個同款木盒，每個內(nèi)置固定鉤碼：置于平板車上，底下的木盒細(xì)線連在力傳感器上。5．力傳感器：固定于導(dǎo)軌左側(cè)。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(diào)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(guān)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(yīng)的正壓力大??；7．對表格進(jìn)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(dá)式：Ff=μFN學(xué)生回答：圖像法利用分組探究和演示實驗結(jié)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(xué)生身臨其境體會操作過程，達(dá)到組間交流的效果最大化，讓學(xué)生在初學(xué)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(xué)生進(jìn)一步養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，提高數(shù)據(jù)處理分析能力和思維深度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究能力。學(xué)生活動：觀察實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。圖像呈階梯狀分布。學(xué)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(yīng)變量應(yīng)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(guān)系希望得到一條過原點的直線?；瑒幽Σ烈驍?shù)過渡：剛才的實驗驗證了同學(xué)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(xué)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(xué)生實驗三展示：探究Ff與接觸面材料的關(guān)系利用手機同屏軟件展示學(xué)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(xué)生思考