情思课堂·高中物理实验新授课

实验课名称

测量动摩擦因数

节点名称

测量动摩擦因数

学科类别

请在确认的学科上划“√”

□小学数学□小学科学□小学信息科技□小学跨学科实践活动

□初中数学□初中物理□初中化学□初中生物学 □初中地理□初中信息科技□初中跨学科实践活动

□高中数学☑高中物理□高中化学□高中生物学□高中地理□高中信息技术 □高中通用技术□高中跨学科实践活动

实验类别

☑课标原型实验☑课标实验的简单变式实验

☑基于真实问题情境的实验 □跨学科实验

实验教学

素养目标

1.理解滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，动摩擦因数与接触面的材料、粗糙程度、干湿状态有关，与压力大小无关。

2.会运用控制变量法、转换法；理解拉木板实验改进原理；能对f-F_N图像进行数据分析，能进行系统误差和偶然误差的分析,提出减小误差的方法。

3.经历“提出问题、大胆猜想、设计实验、实验操作、数据分析、误差评估、实验改进、结论论证”探究流程；了解传感器、phyphox手机物理工坊数字化实验工具，拓宽实验探究途径。

4.尊重实验数据，客观看待实验误差；体会试验方案迭代优化思想，养成严谨求实，不断改进的科学态度。

实验资源

1.多媒体课件、拉力传感器及数据采集设备、装有手机物理工坊APP的智能手机。

2.传统实验器材：弹簧测力计、铁架台、木块、钩码、不同材质的接触面（木板、课本、砂纸）、细绳、夹子。

3.学习任务单。

实验设计与

创新点

1.传统器材与数字化实验融合。本实验以传统实验为基础，引入数字拉力传感器提高测量精度；引入手机phyphox物理工坊APP拓宽学生实验视野，降低实验硬件门槛，激发学生课后探究的兴趣和积极性。

2.多维度探究动摩擦因数的影响因素。在传统探究压力与接触面粗糙程度两个变量之外，增加对接触面材料、干湿状态的探究，课后延伸对接触面积的探究。对接生活中的真实情境，做到物理实验联系真实生活，强化知识迁移。

3.探究模式创新，实现课内外一体化探究。课堂完成核心探究，课后布置居家小实验。学生利用自备手机完成拓展探究任务，将科学探究从课堂延申到课外，落实探究式学习理念。

4.注重学生体验，突出学生主体性。不直接出示最优实验装置，引导学生自主发现实验操作的缺点，启发学生思考优化方案，学生通过实验采集实验数据，分析数据，培养证据意识和批判思考能力。

实验教学

过程

一、新课引入：

观察现象：清洁阿姨在清洁地面时总在旁边摆放一个“小心地滑”的警示牌。

教师提问：为什么要摆警示牌？有水容易让人滑倒，这跟摩擦力有关，我们一起来探究滑动摩擦力，测量动摩擦因数。

二、滑动摩擦力的方向：

　　滑动摩擦力的定义：当两个物体相对滑动时，接触面上会产生一个阻碍物体相对运动的作用力，这个力叫做滑动摩擦力。

学生体验：

　　１.将手按在桌面上，慢慢往前滑动，感受桌面给手的滑动摩擦力的方向。

　２.课本平放在桌面上，将左手按在课本右侧，保持左手不动，用右手把课本慢慢抽出，感受左手受到课本的滑动摩擦力的方向。

总结：滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反。

三、滑动摩擦力的大小：

提出问题：滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？

大胆猜想：可能跟接触面间的压力、接触面的材料、粗糙程度、干湿状态、接触面积等因素有关。

设计实验：

实验方法：控制变量法

测量滑动摩擦力和压力：转换法

实验过程：

　　探究一：用弹簧测力计匀速拉动木块，测量滑动摩擦力的大小。感受实验方案的不足，进而提出改进方法。

　探究二：把测力计固定在铁架台上，用细线连接测力计和木块放置于木板上方，拉动木板，读数，填表，绘制图象，找规律。

讨论与交流：

　　１.规律：对同一接触面，滑动摩擦力随压力增大而增大，f-F_N图象是一条近似过原点的直线，f与F_N成正比，它们的比值是一个定值。

２.问题：为什么图象没有严格过原点？

　　弹簧测力计指针与刻度盘之间有摩擦，造成系统误差。可更换精密仪器如：拉力传感器。读数、作图有偶然误差。可多次测量求平均值，让更多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧。

总结与归纳：

　　同一接触面，f与F_N成的比值是一个定值，不同接触面比值不同，说明能表达不同接触面的性质，我们把它定义为动摩擦因数，用符号μ来表示，即μ＝（比值定义法）。变形可得ｆ＝μF_N。

四、动摩擦因数

实验进阶：

根据前面的数据分析可知：动摩擦因数与压力无关，与接触面的材料有关，那么跟接触面的粗糙程度、干湿状态有什么关系呢？

探究三：利用拉力传感器探究动摩擦因数μ和接触面粗糙程度的关系。

将拉力传感器水平固定，通过细线连接木块，将木块先后放置在砂纸的粗糙面和光滑面上，将砂纸缓慢拉出，数据采集器自动收集数据，生成F－ｔ图像。选择图象中相对稳定的数据自动生成拉力平均值，代入μ＝可得动摩擦因数μ。可得：接触面越粗糙，动摩擦因数越大。

探究四：利用手机物理工坊APP的加速度计（不含ｇ）测量同一接触面干湿状态的动摩擦因数μ。

将装有物理工坊的手机固定到盒子里，将盒子推出，令盒子在干燥的水平桌面上滑行，重复三次实验获取三组数据；用喷壶将水均匀喷在水平桌面上，将盒子放在有水的桌面上，将盒子推出，重复三次实验获取三组数据。对比干燥的和有水的加速度，可以看到有水时加速度明显减小。盒子滑行时有：μｍｇ＝ｍａ，可得μ＝，可见有水时桌面动摩擦因数明显减小。通过选取数据获取干、湿状态下的加速度的大小，将加速度大小代入公式μ＝即可得到动摩擦因数μ。可得：同一接触面，有水会使得动摩擦因数μ减小。

解决问题：

当清洁地面时，地面有水和清洁剂，会使得地面动摩擦因数减小，地面变滑，容易让人摔倒，因此清洁阿姨清洁地面时要在旁边放上“小心地滑”的警示牌。

五、小结：

实验方法：控制变量法、转化法

实验结论：动摩擦因数μ的大小与压力无关，与接触面材料、粗糙程度、干湿状态有关。接触面越粗糙，动摩擦因数越大，同一接触面，有水会使得动摩擦因数减小。

教学反思

1.实验硬件不足，数字化实验以演示为主，条件允许可分组让学生动手操作。

2.课堂时间有限，在设计实验方案时学生更多地依托教师引导，学生自主生成的探究想法较少。

3.演示实验学生视角不便观察，后期改进可将操作桌面抬高，方便学生观察。

实践作业

手机下载安装phyphox物理工坊APP，学习利用手机自带传感器采集数据，自主探究动摩擦因数与接触面积的关系。

注意事项

1.实验操作过程中要注意细绳和水平桌面平行，确保拉力等于滑动摩擦力。

2.拉动木板时要注意沿着测力计轴线方向拉动，不要太快，留出足够的读数时间。

3.绘制图象时注意将数据点分散在整个坐标系中，尽量让更多的点落在直线上，或均匀地分布在直线两侧。

申报者

确认事宜

我们确认所有申报资料属实。同意主办单位使用作品知识产权；同意应用推广过程中配合主办方要求对作品进行完善、提升与改进。

申报者签名：2026年10月8日