师:同学们看大屏幕,上面有三张图片,大家仔细观察一下这三张图片,有什么发现吗?
生:发现小孩在轻推箱子时,箱子有相对地面运动的趋势,但是箱子没有动,箱子仍与地面保持相对静止。
师:很好,那同学们来讨论一下,在这几个场景中,是否都存在摩擦力?
师:要想知道是否存在摩擦力,我们需要对于箱子进行受力分析。
师:根据初中所学习的知识,当人给箱子一个推力时,箱子静止,根据二力平衡知识,箱子一定受到另外一个力与推力平衡,这个力与推力大小相等,方向相反。
师:这就是静摩擦力的概念,即两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,此时的摩擦力为静摩擦力。
师:根据静摩擦力的概念以及初中知识基础,请同学们进行讨论分析,静摩擦力的产生条件是什么?
师:看同学们分析得差不多了,老师带大家一起总结一下静摩擦力产生的条件:(1) 接触面粗糙;(2) 两个物体相互接触且挤压;(3) 物体间有相对运动趋势。
师:根据二力平衡知识及对摩擦力概念的理解分析,可以得出静摩擦力的方向总是沿着接触面,并且跟物体相对运动趋势相反。
师:我们来继续对推箱子的情景进行研究,老师还有一个问题:如果小孩用更大的力推箱子,箱子还是不动,这时摩擦力的大小是怎样的?
生:根据二力平衡的知识,可以知道这时箱子与地面间的静摩擦力还是跟推力的大小相等,因此静摩擦力会增大。
师:非常好,也就是说只要箱子与地面间没有产生相对运动,静摩擦力的大小就随着推力的增大而增大,并与推力保持大小相等。
师:那么静摩擦力会无限增大吗?静摩擦力的大小如何进行测量呢?
生:静摩擦力的大小可通过弹簧测力计进行测量。
师:同学们说得很好,那我们就根据同学们的回答进行演示实验。
师:我们把木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉木块,在拉力
增大到一定值之前,木块不会运动。在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团,它可以随指针移动,并作为指针到达最大位置的标记。继续用力,当拉力达到某一数值时木块开始移动,此时拉力会突然变小。
师:现在实验装置已经设置好了,在做演示实验时,请同学们认真观察实验现象及数据变化,并思考随着外力的增大,静摩擦力如何变化?
生:静摩擦力随着外力的增大而增大,即 “按需给力”。
师:静摩擦力能否一直增大?
生:静摩擦力不会一直增大,且有上限,当物体开始滑动时,受到的摩擦力变为滑动摩擦力。
师:大家说的都没问题,老师再给大家补充一下,静摩擦力的增大有一个限度。静摩擦力的最大值
在数值上等于物体刚刚开始运动时的拉力。因此可以知道两物体间实际发生的静摩擦力
在
与最大静摩擦力
之间,即
。
师:静摩擦力在生活中还有很多地方可以应用,例如:拿在手中的瓶子不会滑落是由于手与瓶子之间的静摩擦力。那同学们来思考一下,用手握住水瓶,当握瓶子的力逐渐增大,静摩擦力怎样变化?
生:变大。