师:同学们,今天我们一起来学习摩擦力。摩擦力是自然界常见的力,当两个相互接触的物体发生相对运动或有相对运动趋势时,摩擦力就产生了。

  现在,请同学们将书本一页页交叉叠好,再用一根橡皮筋把书本扎严实。大家猜猜,它们之间能提起多重的物体?我们一起来试试看。哇,它们居然能提起一张重重的凳子。是什么力让书本提起这么重的物体呢?没错,是摩擦力。薄薄的书页之间为什么会有如此大的作用力?带着这个问题,我们进入今天的学习。

  摩擦力在生活中无处不在,人走路时鞋子和地面之间有摩擦,用传送带运送物体时有摩擦,演奏小提琴时琴弓和琴弦之间有摩擦,冰壶前进时也有摩擦。为了更好地利用摩擦、减少不必要的摩擦,今天我们在初中基础上进一步学习摩擦力。

  大家把手放在桌面向下按压,然后向前移动,有什么感受?感受到桌面对手的阻碍作用了吗?这就是滑动摩擦力。那滑动摩擦力的方向是怎样的呢?我们来观察几个情景:在斜面上向下滑的木块,下滑过程中相对斜面向下运动,为阻碍向下的相对运动,木块受到沿斜面向上的摩擦力;向右推动刷子,为阻碍刷子向右的相对运动,刷子受到向左的摩擦力;保持刷子不动,向左推动塑料把,虽然刷子相对地面没运动,但它相对与之接触的塑料板向右运动,为阻碍刷子相对塑料板向右运动,刷子受到向左的摩擦力;向右迅速拉动木板,木块和木板都向右运动,但木块运动得慢,木块相对木板向左运动,为阻碍向左的相对运动,木块受到向右的摩擦力。

  请同学们通过这些例子想一想,滑动摩擦力的方向有什么特点?从这些例子可以看出,滑动摩擦力的方向总是沿着接触面,与相对运动方向相反。说到这,同学们可能有疑问,拉动木把时木块的摩擦力方向和它运动方向相同。要解决这个问题,我们得先明确,平时说的运动与否是以地面为参考系,而研究摩擦力时是以与它接触的物体为参考系。木块相对于地面向右运动,但相对于木板向左运动,它所受摩擦力与相对运动方向相反,所以摩擦力方向向右。由此可知,滑动摩擦力的方向可以和运动方向相同,也可以相反,但一定和相对运动方向相反。

  经过初中学习,我们知道无法直接测量滑动摩擦力大小,但可以用二力平衡的方法得知。匀速拉动木块,木块受到的拉力和摩擦力相等,读出弹簧测力计的读数,就能得到木块和木板之间的滑动摩擦力。这种转化思想对后续物理学习很重要。

  初中我们还学过,滑动摩擦力的大小与两个物体间的压力及接触面的粗糙程度有关,压力越大、接触面越粗糙,摩擦力越大。在高中阶段,我们要定量研究滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度的关系。请同学们根据实验要求设计实验,我们要保持压力不变,改变接触面的粗糙程度;保持接触面粗糙程度不变,改变压力来进行实验。大家思考一下:如何改变压力?怎么测量压力?怎么改变物体和接触面的性质?如何测量木块受到的摩擦力大小?

  我们可以在初中实验基础上设计:保持接触面粗糙程度不变,在木块上方依次增加砝码,改变接触面间压力大小,用弹簧测力计测量物体重力得到压力大小;保持压力不变,在木块底部贴上砂纸,改变接触面粗糙程度,匀速拉动木块,记录弹簧测力计示数,由二力平衡可知拉力等于摩擦力。

  大家再思考一下,能确保物体做匀速直线运动吗?如果不能,该如何实验呢?弹簧测力计向前运动时,读数方便准确吗?如果不准确,又该如何改进?请同学们翻开课本,思考课本提供的实验方案,它有什么好处?拉动木板,木块静止,记录弹簧测力计示数,由二力平衡可知拉力等于摩擦力,这样就不要求匀速拉动木块了。

  下面请同学们观察实验装置,木块、木板叠放在一起,绳子连着木块连接到竖直放置的弹簧测力计,方便读数。拉动木板,观察弹簧测力计的示数。接下来请同学们观看实验视频,测得重物重力为3.7牛。拉动木板稳定时读出弹簧测力计示数并记录下来,保持两物体间粗糙程度不变,增加重物重力,再次拉动木板稳定时读数并记录,重复多组实验。再在木块底面贴上砂纸,重复实验并记录实验数据。

  我们可以用什么方法分析这些数据呢?没错,是图像法。通过电脑拟合,我们得到一根几乎过原点的直线。通过图像可知,滑动摩擦力大小跟压力大小成正比,这个比值叫动摩擦因数,用符号μ来表示。实验表明不同接触面比值不同,也就是说μ和接触面有关。接触面材料不同、粗糙程度不同,动摩擦因数也不同,μ越大表示接触面越粗糙。

  这是几种材料间的动摩擦因数,不同材料动摩擦因数不同。请同学们思考,为什么用橡胶制作汽车轮胎?对,因为橡胶轮胎和地面间动摩擦因数比较大,可以有效防止汽车打滑。

  我们再来看几个情景:双手按压桌面向右推,手没动;手握住水杯,水杯静止;用力推桌子,但桌子没推动。在这些情景中,手和桌子间、手和水杯间、桌子和地面间是否存在摩擦力?我们先看手用力向右推,手相对桌面有向右的运动趋势,假如桌面光滑,手一定会相对桌面向前移动。但手没向前移动,一定有个力阻碍向右的相对运动趋势,这个力就是摩擦力,为阻碍向右的运动趋势,摩擦力方向向左。手中拿着水杯,如果水杯光滑,它一定会掉下来。水杯相对于手有向下的运动趋势,为阻碍这种向下的运动趋势,它受到一个向上的摩擦力。小朋友推桌子,假如地面光滑,桌子一定会被推动。桌子相对于地面有向右的运动趋势,为阻碍向右的运动趋势,桌子受到向左的摩擦力。

  同学们分析一下,这三种情景中物体受到的摩擦力和前面研究的滑动摩擦力有什么不同?滑动摩擦力发生在相互接触并有相对运动的物体之间,而这里的摩擦力发生在相互接触没有相对运动但有相对运动趋势的物体之间,这种力我们叫做静摩擦力。

  那么静摩擦力的方向有什么特点呢?用研究滑动摩擦力的方法研究静摩擦力,研究力产生的条件、大小、方向、作用点,可以发现静摩擦力方向总是沿着接触面,跟物体相对运动趋势方向相反。在判断静摩擦力时,除用相对运动趋势的方法,还可以根据物体运动状态判断。比如小朋友推桌子过程,桌子始终静止,必然有个力和推力等大反向,这个力就是静摩擦力,方向水平向左,同学们可以用同样方法分析另外两种情况。

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《物理 必修1 第3章 第三节 摩擦力 逐字稿-4,653字 第5版》.docx
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