Открытый урок по физике на тему "Сила трения"

Тип урока: комбинированный.

Цель урока:

• выяснить природу силы трения;
• рассмотреть способы уменьшения и увеличения силы трения;
• трение в природе и технике.

Задачи урока: ознакомить учащихся с явлением трения, сформовать понятие «сила трения», применить полученные знания для решения задач.

Оборудование: компьютер,  проектор, компакт-диск «Физика 7-11 классы практикум»

Ожидаемые результаты: учащиеся должны понять причины трения, знать характеристики силы трения, уметь приводить примеры использования физических знанийо механических явлениях и решать задачи на применение изученных физических законов, использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Этапы урока:

ХОД УРОКА

1. Организационный момент. Постановка задачи  урока.

2. Рассказ учителя. Движение тела в реальных условиях не может продолжаться бесконечно долго.

Демонстрация: Поставим на стол наклонную доску, положим на нее шарик и отпустим его. Шарик скатывается с доски на поверхность стола, катится по ней и останавливается. Если на стол положить стекло, то шарик прокатится на значительно большее расстояние, а если насыпать песок, то – на меньшее. Остановка шарика свидетельствует о том, что на него подействовала сила, вызванная действием на шарик поверхности стола.

3. Показ видеофильма «Сила трения» (Приложение 1)

                   

4. Беседа-обсуждение просмотренного видеофрагмента

Вопросы учителя:

– Какая сила возникает при попытке сдвинуть предмет с места?
– Дайте определение силы трения.
– Какие виды трения различают?
– Приведите примеры различных видов трения.
– Сравните величины различных видов трения.

Примерные ответы учащихся:

При попытке сдвинуть какой-либо предмет с места возникает сила трения.
Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей  тел, препятствующая их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхности соприкосновения.
Различают силы трения покоя, скольжения, качения.
Сила трения покоя действует тогда, когда  человек пытается сдвинуть тяжелый предмет с места. При перемещении предмета по поверхности другого возникает сила трения скольжения. Когда тело катится по поверхности – действует сила трения качения.
Самая маленькая сила – сила трения качения, т.к. катить легче, чем тащить. Сила трения покоя самая большая – т.к. требуется самое большое усилие для того, чтобы сдвинуть предмет с места.

В процессе обсуждения учащиеся делают записи в тетради:

1. Определение силы трения. Сила трения – это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей  тел, препятствующая их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхности соприкосновения.
2. Обозначение силы трения. Fтр. Сила трения направлена противоположно относительному перемещению тела.
3. Виды сил:

• Трение покоя
• Трение скольжения (Приложение 4)
• Трение качения

4. Рисунок:

Учитель объясняет отличие силы трения качения ведущих и ведомых колес автомобиля

5. Выяснить от чего зависит сила трения, как можно измерить силу трения помогут следующие видеофрагменты: «Сила трения и площадь», «Сила трения на шероховатой поверхности» (Приложение 2).

                

6. Обсуждение видеофрагментов

– В просмотренных видеофрагментах указывается одна из причин трения: шероховатости поверхностей. Учитель обращает внимание учащихся на отсутствие зависимости силы трения от площади. Задается вопрос: «Исчезнет ли трение, если поверхности отшлифовать?»

В тетради учащиеся делают записи:

Причины трения:

1. Неровности на шероховатых поверхностях;
2. Межмолекулярное притяжение, если поверхности   отшлифованы.

7. Учащиеся выполняют эксперименты в виртуальной лаборатории «Соскальзывание по наклонной плоскости »

Задача эксперимента – определить угол наклона плоскости, при котором тело начинает скользить. В тетради заполняют таблицу:

Сравнивая результаты эксперимента, учащиеся делают вывод о зависимости силы трения скольжения от угла наклона плоскости.
Изучением причин трения и природы этого явления занимались в разные времена и эпохи самые выдающиеся естествоиспытатели: Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилей, Ньютон, Эйлер, Джоуль. Важные результаты в этой области были получены французским ученым Ш.Кулоном. В 1781г. он получил премию от академии наук за теорию простых машин, в которой было принято во внимание трение частей машин и жесткость веревок.
Какую роль играет трение в природе и технике – положительную или отрицательную?

8. Просмотр видеофрагментов: «Трение и взаимное перемещение тел», «Коэффициент силы трения» (Приложение 3)

9. Приведите примеры, в которых трение полезно и его увеличивают, и примеры «вредного» трения, которое  уменьшают.

Возможные обобщения учащихся:

В отсутствии трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле. В гололедицу, когда трение между подошвой обуви и льдом становится малым, ноги начинают скользить. Лед посыпают песком: песок увеличивает трение.
На гладкой поверхности не смогли бы двигаться и автомобили: их колеса, вращаясь, проскальзывали бы и буксовали на месте. Именно трение останавливает машины при торможении.

Но трение может играть и отрицательную роль. Ведь именно из-за него нагреваются и изнашиваются многие движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить.

Рассказ учителя

При раскопках одного из шумерских городов, Урука, обнаружены остатки  массивных деревянных колес , которым 4,5 тыс. лет. Колеса биты медными гвоздями с очевидной целью – защитить  обод от быстрого изнашивания. Два с половиной тысячелетия спустя древние римляне сберегали таким же образом подошвы обуви, используя, однако, уже железные гвозди. Железо применялось римлянами и для изготовления подков, защищавших от изнашивания копыта лошадей.

10. Демонстрация видеофрагментов: «Трение качения», «Силы вязкого трения». (Приложение 5)

11. Фронтальная л/р по теме «Зависит ли сила трения от давления и от площади соприкасающихся поверхностей»
Затем приступаем к фронтальной работе по измерению силы трения и выяснению причин, от которых она зависит.

Сообщаю цель работы, в процессе выполнения которой учащиеся должны выяснить:

а) зависит ли сила трения от давления;
б) от площади соприкасающихся поверхностей.

План работы намечаем вместе с классом.

В начале учащиеся должны определить площадь двух граней бруска. Затем определить силу давления, которая равна весу бруска. Вес бруска находят при помощи динамометра. После этого, положив брусок плашмя на линейку, тянем его равномерно динамометром и находим силу упругости, которая равна силе трения. Этот опыт повторяем еще 2 раза, постепенно нагружая брусок одним (100 г) и двумя (200 г) грузами. Далее поворачиваем брусок на ребро и повторяем опыты в описанной последовательности.
Результаты работы заносим в таблицу.

Построение диаграммы зависимости силы трения от рода трущихся поверхностей.

12. Рассказ учителя

Примерно в третьем тысячелетии до нашей эры в Шумере и районе Кавказа появились громоздкие и неуклюжие повозки на колесах, в которые вначале впрягали волов, а позднее лошадей, ослов и других животных. В еще более ранние времена,  увлекаемые ветром и течением бревна, не тонущие даже под большим грузом, навели на мысль о плотах, которые породили первые  примитивные суда, приводимые  в движение веслами и парусом. Стало ясно, что изнуряющего трения на суше можно избежать, заменяя дорогостоящие и малоэффективные сухопутные перевозки по бездорожью речными, а затем и морскими.
Проблемы трения настойчиво напоминали о себе и в самых примитивных механизмах, изобретенных в древности. В дошедших до нас опорах колодезных воротов времен бронзового века (V век до н.э.) обнаружены следы оливкового  масла, которое помогало ослабить трение, и избавляло наших пращуров от неприятного скрипа.

Записи в тетради:

Способы уменьшения трения:

1. Введение между трущимися поверхностями смазки;
2. Замена трения скольжения трением качения;
3. Замена материалов трущихся тел.

13. Тестирование (Приложение 6)

14. Решение задач

Решите устно.

• Действует ли сила трения на стоящий в комнате шкаф?
• На транспортере равномерно движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком, когда ящик: а) поднимается; б) движется горизонтально; в) опускается?
• Зачем зимой задние колеса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?
• Для чего делается насечка около шляпки гвоздя?
• Почему после дождя грунтовая  дорога скользкая?
• Почему мокрая бумага легко рвется?
• Если автобус равномерно движется по горизонтальному участку пути, чему равна сила трения?
• Почему коньки хорошо скользят по льду и плохо по стеклу?

Решите и запишите.

• Книга прижата к вертикальной стене. Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
• Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?
• Сани сдвигаются с места, если к ним приложить горизонтальную силу 90 Н. Какова масса саней, если сила трения составляет 0,045 их веса?

15. Презентация «Сила трения» (Приложение 7)

16. Сегодняшний урок был посвящен трению – явлению, сопровождающему нас с детства буквально на каждом шагу, а потому ставшим таким привычным и незаметным. Шаг за шагом, человек научился успешно бороться с трением  доступными и привычными способами, передаваемыми из поколения в поколение и дожившими до нашей эпохи.

Бионика – одна из самых молодых областей науки. Занимается она техническими решениями, которые придумал не человек, а сама природа, «конструируя» растительные и животные организмы. Благодаря естественному отбору, сохранились лишь те варианты конструкций, которые обеспечивали приспособляемость и стабильное выживание организмов в естественных условиях.

В основе всех этих достижений лежали два главных обстоятельства. С одной стороны – все более глубокое понимание физики поверхностных  явлений, а с другой – неизмеримо выросший технологический потенциал современной инженерии.

В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, – однако лишь в узкой, специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и тетради упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а ручка выпадет из пальцев. Трение – настолько распространенное явление, что нам, за  редкими исключениями не приходится призывать его на помощь: оно является к нам само.

К раскрытым тайнам трения, безусловно, добавятся новые, не менее захватывающие проблемы, загадки и парадоксы, разрешать которые будет суждено уже вам.

17. Домашнее задание: § 30-32

1. Когда брусок тянут вдоль поверхности стола, прикладывая  горизонтальную силу F₁ = 5 Н, он равномерно скользит по столу. Какая сила трения действует на брусок? Какова будет сила трения, если к покоящемуся бруску приложить  горизонтальную силу F₂ = 3 Н? F₃ = 10 Н? Изобразите силы трения,  действующие на брусок во всех трех случаях. Каково будет движение бруска в каждом из этих случаев?

2. Может ли сила трения разгонять тело?