师:同学们,今天我们一起学习人教版八年级物理第八章第三节摩擦力第一课时的内容。本节课学习目标有两个,一是通过常见实例或实验了解摩擦力,二是会用力的示意图描述摩擦力。首先进行一个简单的体验活动。大家把手平放在桌面上,手心向下按压桌子,然后使手在桌面上向右运动,手是否感受到有一个阻碍的作用呢?再试一下使手向左运动,此时还会感受到阻碍作用吗?
生:不管手向什么方向运动,都会感受到这个阻碍作用。
师:是的,桌面对手的这种阻碍作用是一种力,这种力就是我们今天要学习的摩擦力。我们先来看看滑动摩擦力的定义:两个相互接触并相互挤压的物体,当它们相对滑动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做滑动摩擦力。我们通常用符号小写的 f 或者 f 摩来表示,摩擦力的单位也是牛顿。在刚刚的体验活动中,桌面阻碍手运动的力符不符合滑动摩擦力的定义呢?
生:刚刚我的手和桌面相互接触并相互挤压,手在桌面上滑动就会产生滑动摩擦力了,所以符合定义。
师:这位同学,你是怎么知道你的手和桌面是相互接触并相互挤压的呢?
生:我的手在按压桌子,桌面会支撑住我的手。
师:桌面支撑着我们的手,为什么就能说明这两个物体在相互接触并相互挤压呢?
生:因为手受到了支持力的作用。
师:对的,根据我们之前对弹力的学习,知道两个物体的接触面上有弹力出现时,就可以确定这两个物体是相互接触并相互挤压的。所以判断两个物体是否相互接触且挤压,我们只需要分析接触面上有没有像压力、支持力这些弹力出现。以刚刚的情景为例,因为手受到桌面对它的支持力,又因为手相对于桌面运动,所以就产生了阻碍手运动的滑动摩擦力。当手相对于桌面向右运动时,手掌感受到的滑动摩擦力的方向是怎样的呢?你的判断依据是什么?
生:滑动摩擦力的方向应该是向左的,因为定义中提到滑动摩擦力是一种阻碍相对运动的力。当手相对于桌面向右运动时,滑动摩擦力就会阻碍它的运动,那力的方向就应该和它运动的方向相反。因此这个力的方向应该是向左的。
师:手相对于桌面向右运动,桌面对手的滑动摩擦力是阻碍手相对于桌面向右运动的,所以滑动摩擦力的方向是向左的。以一个点代表我们的手受到的滑动摩擦力,如右图所示。同样的,如果我们的手相对于桌面向左滑动,手也会受到桌面对它的阻碍作用,此时桌面对手的滑动摩擦力在阻碍手相对于桌面向左运动,所以滑动摩擦力的方向是向右的。手在桌面上运动时,手会受到桌面对它的滑动摩擦力,那在这个过程中桌面有没有受到手对它的滑动摩擦力呢?
生:老师,桌面是静止的,所以桌面不会受到滑动摩擦力。
师:为什么你认为桌面静止就不会受到滑动摩擦力呢?你的判断依据是什么?
生:根据定义,滑动摩擦力的产生需要物体运动,但是此时桌面是静止的,所以不会受到滑动摩擦力。
师:仔细阅读滑动摩擦力的定义,其中提到两个相互接触并相互挤压的物体,当它们相对滑动时,会产生滑动摩擦力。你是怎么理解定义中的相对运动和你刚刚所说的运动呢?
生:定义中的相对运动应该是这两个相互接触并相互挤压的物体之间的运动。
师:那你刚刚所说的桌面静止是相对于什么物体而言的呢?
生:相对于地面。
师:是的,和这位同学一样,我们平时所说一个物体的运动或静止通常是相对于地面而言的,但是滑动摩擦力定义中的相对运动是指一个物体相对于另一个物体的运动。在这里我问的是桌面有没有受到手施加的滑动摩擦力,所以应该讨论什么物体相对于什么物体的运动。
生:应该讨论桌面相对于手的运动。
师:对的,所以请同学们从滑动摩擦力的定义出发,重新思考桌面有没有受到手对它的滑动摩擦力。如果有,请在 o 点上画出滑动摩擦力的示意图。如果没有,请说明理由。
生:因为桌面受到手对它的压力,又因为桌面相对于手是向左运动的,所以桌面会受到手对它的滑动摩擦力,这个力的方向与桌面相对于手的运动方向相反,滑动摩擦力的方向向右。
师:这位同学这次分析得很好,接下来请同学们一起来完成第二个体验活动。我们还是把手平放在桌面上,手心向下按压,桌子用力向右推,但使手在桌面上保持静止,手还会感受到桌面对它的阻碍作用吗?
生:手掌还是会受到桌面对它的阻碍作用。
师:此时桌面对手的这种阻碍作用其实也是摩擦力,这是不是我们刚刚学习的滑动摩擦力呢?
生:不是滑动摩擦力,因为这个时候手和桌面没有相对运动。
师:对的,此时手受到的阻碍作用的确不是滑动摩擦力,这是另一种摩擦力,我们把它叫做静摩擦力。我们一起来对比一下在这两种情况下产生的摩擦力,它们的产生条件有什么不同吗?
生:手相对于桌面运动的时候,手会受到滑动摩擦力,当手相对于桌面静止的时候,手会受到静摩擦力。
师:这位同学认为手相对于桌面静止时就会产生静摩擦力,他的表述正确吗?我们试着把手轻放在桌面上,保持静止,手不向任何方向用力的话,此时手掌会不会感受到阻碍作用呢?
生:这时候是感受不到的。
师:我们可以一起来看看静摩擦力的定义:两个相互接触并相互挤压的物体,当它们具有相对运动趋势时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动趋势的力,这种力叫做静摩擦力。请同学们对比滑动摩擦力和静摩擦力的定义,找出这两种摩擦力的产生条件最大的不同之处在哪里呢?
生:滑动摩擦力需要两个物体发生相对运动,而静摩擦力是需要两个物体具有相对运动趋势。
师:是的,它们的最大不同之处是静摩擦力的产生需要两个物体具有相对运动趋势。以刚刚的情景为例,当手向右用力时,手掌本应向右滑动,但桌面阻止了手掌的滑动,使得手掌静止在桌面上,手掌本应向右滑动,但依然保持静止的情况,我们就认为手掌相对于桌面有向右的运动趋势。有了研究滑动摩擦力的经验,相信同学们可以根据定义分析出此时手掌受到的静摩擦力的方向。哪位同学愿意试一下呢?
