Урок физики "Силы трения". 10-й класс

Цели:

• повторить знания о силе трения, полученные в 7 классе, углубить знания о видах силы трения, через опыты и наблюдения, решение разноуровневых задач провести исследования сил трения, показать связь изучаемого материала с реальной жизнью;
• продолжить формирование умений пользоваться приборами, анализировать, сравнивать, обобщать результаты опытов;
• совершенствовать навыки групповой и индивидуальной работы.

Тип урока: урок формирования новых знаний и закрепление их через решение расчетных и качественных задач, тестирование.

Оборудование: лабораторное оборудование (весы, разновесы, динамометр, деревянные бруски разного объема, деревянный цилиндр, каретка, плоскости разных материалов, лабораторные грузы по 100 г, мыло, стеклянные пластины), презентация “Силы трения”, электронный тест “Силы трения”.

Учебник: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский “Физика-10”.

Ход урока

Каждый школьник знаком теперь с истинами, за которые Архимед отдал бы жизнь.
Жозеф Эрнест Ренан

I. Актуализация знаний

Учитель: Все вы, ребята, знаете о силах трения, которые присутствуют везде, помогают и мешают движению, наблюдаются в природе и технике. Мы встречаемся с трением в литературе и истории [6]. Например, К.Г. Паустовский в произведении “Далекие годы” пишет: “Дорога поднималась все выше. Вдруг в лицо нам потянуло свежестью.

Самый перевал! – сказал перевозчик, остановил лошадей, слез и положил под колеса железные тормоза”.

Для чего извозчик положил под колеса железные тормоза? (Слайд 2).

Вот еще пример. А.Р. Беляев в фантастическом романе “Человек-амфибия” пишет: “Ихтиандр опускался все глубже и глубже в сумеречные глубины океана. Ему хотелось быть одному, прийти в себя от новых впечатлений… Он погружался все медленнее. Вода становилась плотнее, она уже давила не него, дышать становилось все труднее. Здесь стояли густые зелено-серые сумерки”.

Почему Ихтиандру при погружении труднее дышать и перемещаться? Только ли от того, что на глубине вода давит сильнее? (Слайд 3).

Интересна история об открытии застежек-липучек [7]:“Предприимчивый хозяин собаки, вычесывая репья из ее хвоста после прогулки, понял, что эффект взаимодействия колючек с шерстью можно использовать с выгодой. Он запатентовал идею застежки-липучки, которая сегодня широко применяется в текстильной промышленности”. (Слайд 4).

Итак, на уроке мы будем исследовать силу трения. Работать будем в группах (деление по рядам), в каждой из которых предварительно выбран эксперт. За фронтальные ответы учащиеся получают индивидуальные баллы, которые также приплюсовываются к общим баллам группы.

II. Повторение

Учитель: Какие силы действуют на движущийся брусок? Как движется тело? Почему возникает сила трения? От чего зависит сила трения? Как измерить силу трения? (Слайд 5).

Учащимся предлагается провести повторение через эксперимент. Для этого каждая группа получает задание. (Слайд 6).

Перед выполнением опытов учащиеся измеряют массы трех деревянных брусков на весах. Каждая группа измеряет массу одного из трех брусков. Данные учитель записывает на доске. Также записывается известная масса каретки 100 г. (Слайд 7).

Группа № 1 измеряет силу трения при равномерном движении каретки по плоскости. Эксперт группы объявляет результат и объясняет способ измерения. (Слайд 8).

Группа № 2 измеряет силу трения, действующую на равномерно движущуюся каретку вначале по шершавой доске, затем по более гладкому столу и, наконец, очень гладкой лабораторной плоскости.

Эксперт группы делает вывод: чем меньше шероховатость поверхности, тем меньше сила трения. Если бы поверхность была абсолютно гладкой, то сила трения отсутствовала. Но в природе неровности поверхности всегда присутствуют. Причина возникновения силы трения – шероховатость поверхности. (Слайд 9).

Группа № 3 измеряет силу трения, действующую на равномерно движущийся деревянный брусок вначале по деревянной шероховатой поверхности, затем по этой же поверхности, смазанной увлажненным мылом, которое играет роль клея.

Эксперт объясняет, что “склеивание” - это сильное притяжение молекул. Сила трения после смазывания больше, так как молекулы притягиваются сильнее. При соприкосновении бруска и доски молекулы находятся друг от друга на достаточно малом расстоянии. Если слегка смочить стеклянные пластины водой, а затем попытаться сместить их относительно друг друга, то можно убедиться в том, что сила трения велика. Причина – смачивание веществ, т.е. притяжение молекул между собой. Взаимное притяжение молекул – одна из причин трения. (Слайд 10).

Учитель: Итак, силу трения можно измерить динамометром. Взаимное притяжение молекул при соприкосновении поверхностей и шероховатости поверхностей – причины возникновения силы трения. Какие виды сил трения вы знаете? Группы получают новое задание. (Слайд 11).

Группа № 1 измеряет силу трения покоя, действующую на неподвижную каретку. (Слайд 12).

Эксперт группы объясняет, что, пытаясь сдвинуть каретку динамометром, можно измерить силу трения покоя, которая увеличивается до максимального значения, равного силе трения скольжения.

Группа № 2 измеряет силу трения скольжения при равномерном движении каретки по плоскости. (Слайд 13).

Эксперт объявляет результат. При равномерном движении каретки по горизонтальной поверхности сила тяги уравновешивает силу трения скольжения.

Группа № 3 измеряет силу трения качения равномерно движущего деревянного цилиндра и силу трения скольжения бруска с той же массой. (Слайд 14).

Эксперт объявляет результат: сила трения качения меньше силы трения скольжения.

Учитель: Мы доказали существование силы трения покоя, силы трения скольжения, силы трения качения и измерили их.

III. Формирование новых знаний

Учитель: Проведем исследование силы трения скольжения. Группы получают задания. (Слайд 15).

Группа № 1 измеряет силы трения скольжения деревянного бруска с 1, 2, 3-мя лабораторными грузами. Эксперт делает вывод: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры. (Слайд 16).

Группа № 2 измеряет силы трения скольжения трех одинаковых деревянных брусков на разных поверхностях. Эксперт делает вывод: сила трения скольжения зависит от рода соприкасающихся поверхностей. (Слайд 17).

Группа № 3 измеряет силы трения деревянных брусков одинаковой массы, но разных площадей соприкасающихся поверхностей. Эксперт делает вывод: сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. (Слайд 18).

Учитель: Предлагаю сделать общий вывод.

Ученик: Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, зависит от рода соприкасающихся поверхностей и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Учитель на доске записывает и анализирует формулу максимальной силы трения покоя.

Проблемный вопрос учителя: зависит ли сила трения скольжения от модуля относительной скорости? Анализ графика. Учащимся предлагается выполнить опыт и пронаблюдать изменение силы трения с плавным изменением скорости движения бруска, который сдвигался с места с помощью динамометра. (Слайд 19).

Учитель: При движении твердого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды. Проведем исследование силы сопротивления. Группы получают задания. При работе используйте п. 38 учебника [1] и иллюстрации слайдов. (Слайд 20).

Группа № 1 после анализа иллюстраций слайда и своих наблюдений делает вывод: сила сопротивления зависит от формы, размеров, состояния поверхности твердого тела. (Слайд 21).

Группа № 2 использует материал слайда и информацию п. 38 делает вывод: сила сопротивления зависит от скорости относительного движения. При малых скоростях движения сила сопротивления прямо пропорциональна скорости движения тела относительно среды, при больших скоростях – квадрату скорости. (Слайд 22).

Группа № 3 использует таблицу вязкостей некоторых жидкостей и газов [2], а также собственные наблюдения, делает вывод: сила сопротивления зависит от вязкости среды. (Слайд 23).

Учитель: Предлагаю сделать общий вывод.

Ученик: Сила сопротивления зависит от формы, размеров, состояния поверхности твердого тела, скорости относительного движения, вязкости среды.

Учитель: Кто внимательно читал п. 38 и обнаружил еще одну особенность силы сопротивления среды (отсутствие силы трения покоя)?

IV. Закрепление знаний

Решение расчетных задач

Учащимся предлагаются 4 задачи. Каждая задача оформлена на двух слайдах. На первом

слайде - рисунок и условие задачи. На втором слайде - решение задачи. Вначале учащимся предлагается самостоятельно решить задачу. Если возникают трудности, учитель открывает второй слайд. Но ученики могут видеть решение только три секунды.

Для некоторых учащихся достаточно этого короткого промежутка времени, чтобы подтолкнуть их к правильному решению. Если после кратковременного просмотра решения трудности остаются, можно увидеть решение, щелкнув по шторке. Решая задачи и выдвигая гипотезы решения, учащиеся получают личные поощрительные баллы, которые также суммируются с остальными баллами группы.

Условия задач [8]

Задача № 1: Какая минимальная сила сопротивления воздуха действует на парашютиста и парашют общей массы 75 кг при полностью раскрытом парашюте? (Слайды 25, 26).

Задача № 2: Тело массой 40 г, брошенное вертикально вверх с начальной скоростью 30 м/с, достигло высшей точки подъема спустя 2,5 с. Найти среднюю силу сопротивления воздуха, действующую на тело во время движения. (Слайды 27, 28).

Задача № 3: Каким должен быть минимальный коэффициент трения между шинами автомобиля и асфальтом, чтобы автомобиль мог пройти без проскальзывания закругление радиусом 100 м со скоростью 14 м/с? (Слайды 29, 30).

Задача № 4: На горизонтально вращающей платформе на расстоянии половины метра от оси вращения лежит груз. При какой частоте вращения груз начнет скользить? Коэффициент трения между грузом и платформой равен 0,05. (Слайды 31, 32).

Решение расчетных задач – трудный для учащихся вид деятельности. Учитель предлагает отдохнуть и определить, о каком трении идет речь в сказках и пословицах. (Слайд 32).

Тестирование

В электронном тесте 18 вопросов. Определяется критерий оценки: 18 правильных ответов – “5”; 17, 16 – “4”; 15, 14 правильных ответов – “3”, более 4 ошибок – “2”. Учащиеся отвечают на вопросы и записывают ответы на карточки, а затем обмениваются ими первая группа со второй, вторая с третьей, а третья с первой. Учитель проводит проверку по цепочке: на первый вопрос отвечает учащийся 1 группы, на второй – 2 группы, на третий – учащийся 3 группы и т.д. Каждый правильный ответ – балл для группы, а неправильный – минус один балл, и вопрос переходит к следующей группе. Учащиеся выставляют оценки, эксперты групп подсчитывают в своих группах количества “5”, “4” и “3”. За “5” группа получает 3 балла, за “4” - 2 балла и за “3” - 1 балл.

Вопросы и ответы теста [3, 4, 5, 9]

1. При равных условиях сравните силу трения скольжения и силу трения качения?

1) Сила трения скольжения меньше;

2) Сила трения качения меньше;

3) Силы трения качения и скольжения одинаковы;

4) При равных условиях сила трения качения и скольжения всегда равны нулю.

2. Каковы причины возникновения силы трения?

А). Шероховатость соприкасающихся поверхностей; В). Взаимодействие молекул соприкасающихся поверхностей; С). Движение тела.

1) А, В, С;

2) А, В;

3) А;

4) В.

3. На рисунке показаны три опыта, выполнив которые можно сделать вывод:

1) Сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей;

2) Сила трения зависит от силы нормальной реакции опоры;

3) Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающихся поверхностей;

4) Сила трения скольжения не зависит от рода соприкасающихся поверхностей.

Может ли велосипедист двигаться равномерно по горизонтальной дороге, не вращая педали?

1) Может из-за трения;

2) Не может из-за трения;

3) Может по инерции;

4) Велосипедист не может двигаться равномерно.

5. Как рассчитать силу трения при движении тела по горизонтальной поверхности?

1) mg;

2) mg;

3) kx;

4) mgh.

6. На рисунке изображены три опыта, проделав которые можно сделать вывод:

1) Наименьшее значение имеет вес груза;

2) Наименьшее значение имеет сила трения скольжения;

3) Все силы одинаковы;

4) Наименьшее значение имеет сила трения качения.

7. Как рассчитать коэффициент трения при движении тела массой m, если сила трения F_тр, а сила реакции опоры – N?

1) F_тр / mg;

2) F_тр / N;

3) N / F_тр;

4) mg / F_тр.

8. Почему мел оставляет след на доске? Выбери наиболее точный ответ.

1) Мел приклеивается к доске;

2) Мел обладает магнитными свойствами;

3) На мелкие части мела действует сила трения покоя;

4) Части мела проникают в доску из-за диффузии.

9. Какой вид силы трения удерживает груз при перемещении его на наклонном транспортере?

1) Трение качения;

2) Трение скольжения;

3) Трение покоя;

4) Сила сопротивления в воздухе.

10. Равномерно движущийся по горизонтальной поверхности брусок массой 100 г тянут с силой 0,5 Н. Какова сила трения скольжения?

1) 0,5 Н;

2) 0,05 Н;

3) 0,005 Н;

4) 50 Н.

11. Равномерно движущийся по горизонтальной дороге грузовик массой 10 т развивает силу тяги 5 кН. Каков коэффициент силы трения скольжения?

1) 0,5;

2) 0,05;

3) 0,005;

4) 50.

12. При помощи динамометра ученик равномерно перемещал деревянный брусок массой 200 г по горизонтально расположенной доске. Каков коэффициент трения, если динамометр показывал 0,6 Н?

1) 0,12; 2) 0,012; 3) 0,03; 4) 0,3.

13. На соревнованиях лошадей тяжелоупряжных пород одна из них, двигаясь равномерно, перевезла груз массой 23 т. Найти коэффициент трения, если сила тяги лошади 2,3 кН?

1) 1;

2) 0,1;

3) 0,01;

4) 0,001.

14. Почему космический корабль, отправляемый на Луну с искусственного спутника Земли, может не иметь обтекаемой формы?

1) Космический корабль движется с большой скоростью;

2) На Луне нет атмосферы;

3) Атмосфера на Луне плотная;

4) Сила сопротивления не зависит от формы спутника.

15. Автомашина движется со скоростью 72 км/ч по ветру, скорость которого

относительно земли равна 15 м/с. Во сколько раз увеличится сила сопротивления воздуха при движении автомобиля с той же скоростью против ветра? Считать, что сила сопротивления воздуха прямо пропорциональна квадрату относительной скорости.

1) 49;

2) 1,5;

3) 7;

4) 2, 25.

16. На каком из рисунков правильно отображены силы, сопровождающие движение деревянного бруска?

1) 1;

2) 2;

3) 3;

4) 4.

17. С каким максимальным ускорением может двигаться достаточно мощный автобус, если коэффициент трения скольжения равен 0,3?

1) 3 м/с²;

2) 9,8 м/с²;

3) 30 м/с²;

4) 0 м/с².

18. При выполнении трюков дельфины, ныряя в воду с вышки, стремятся войти в воду в вертикальном, а не горизонтальном положении?

1) В вертикальном положении сила сопротивления больше;

2) Сила сопротивления зависит от площади лобового сечения;

3) В горизонтальном положении сила сопротивления меньше;

4) И в вертикальном и горизонтальном положениях сила сопротивления одинакова.

V. Подведение итогов

1. Эксперты групп объявляют баллы за участие в устной работе;

2. Подсчитав сумму баллов за тестирование, эксперты объявляют результаты в группах;

3. По общим результатам объявляется группа-победитель;

4. Учитель оценивает активных участников урока.

VI. Домашнее задание

П. 36-38, упр. 7 (2, 3) [1], творческое задание по желанию.

Источники информации

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Н.Н. Сотский “Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений”, М: Просвещение, 2008
2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. “Справочник по элементарной физике”, М: Наука”, 1964
3. Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Орлов В.А. “Контрольные и проверочные работы по физике”, М: Дрофа, 2002
4. Лымарева Н.А. “Проектная деятельность учащихся”, Волгоград: Учитель, 2008
5. Александрова З.В. И др. “Уроки физики”, М: Глобус, 2009
6. Тихомирова С.А. “Дидактический материал по физике”, М: Просвещение, 1996
7. Самойлов Е.А. “Приемы продуктивной деятельности в познании природы”, Самара, СИПКРО, 2002
8. Тeach Pro
9. Интернет-ресурсы