Обеспечение этапов формирований понятия, в частности «силы трения», нельзя представить только в виде теоретических занятий, даже если учащимся на занятиях показываются демонстрационные физические опыты. Особую роль в формировании понятия играет лабораторный физический эксперимент. Поскольку «сила» - это практическое понятие, имеющее как бытовое, так и научное представление. Лабораторные занятия вызывают у учащихся очень большой интерес, что вполне естественно, так как при этом происходит познание учеником окружающего мира на основе собственного опыта и собственных ощущений.
Обеспечение этапов теорией школьный учебник дает, но, к сожалению, обеспечение экспериментальной поддержки во всех учебниках недостаточно, поэтому приходиться использовать дополнительные источники.
Приведем описания возможных лабораторных работ, отрабатывающих понятие «сила трения», которые направлены:
- на ознакомление учащихся с различными видами сил трения;
- закрепление навыка измерения сил;
- сравнение числовых значений измеряемых сил;
- а также на углубление и расширения понятия «сила трения».
Обеспечение этапа 1. Конкретно-чувственного восприятия (качественные зависимости)
Сравнение сил трения покоя, скольжения, качения и веса тела
Приборы и материалы: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками - 2 шт., карандаши круглые - 2шт.
Порядок выполнения работы
1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в тетрадь.
а) Измерение веса.
б) Измерение силы трения скольжения по столу.
в) Измерение силы трения качения
Рисунок 18. Проведение измерений
3. Измерьте максимальную силу трения покоя бруска по столу. Для этого положите брусок на стол, а на брусок - два груза; к бруску прицепите динамометр и приведите брусок с грузами в движение. Запишите показания динамометра, соответствующее началу движения бруска.
4. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.
5. Измерьте силу трения качения бруска по столу. Для этого положите брусок с двумя грузами на два круглых карандаша и перемещайте равномерно брусок по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.
6. Ответьте на вопрос: какая сила больше:
а) вес тела или максимальная сила трения покоя?
б) максимальная сила трения покоя или сила трения скольжения?
в) сила трения скольжения или сила трения качения?
Изучение зависимости силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей
Приборы и материалы: динамометр, трибометр, грузы с двумя крючками - 2 шт., лист бумаги, лист наждачной бумаги.
а) Дерево по дереву.
б) Дерево по гладкой бумаге.
в) Дерево по наждачной бумаге
Рисунок 19. Измерение силы трения скольжения
Порядок выполнения работы
Таблица 12. Пример таблицы в тетради ля записи результатов измерений
| Виды трущихся поверхностей | Сила трения скольжения, H |
Дерево по дереву |
|
Дерево по гладкой бумаге |
|
Дерево по наждачной бумаге |
|
1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами:
а) по поверхности линейки трибометра;
б) по гладкой бумаге;
в) по наждачной бумаге.
3. Результаты измерений запишите в таблицу.
4. Ответьте на вопросы:
1) Зависит ли сила трения скольжения:
а) от рода трущихся поверхностей?
б) от шероховатости трущихся поверхностей?
2) Какими способами можно увеличить или уменьшить силу трения скольжения?
Изучение зависимости силы трения скольжения от силы давления и независимости от площади трущихся поверхностей
Приборы и материалы: динамометр, трибометр, грузы с двумя крючками - 2шт.
а) Большая грань+один груз.
б) Большая грань+два груза.
в) Малая грань+два груза.
Рисунок 20. Измерение силы трения скольжения
Порядок выполнения работы
- Вычислите цену деления шкалы динамометра.
- Положите на линейку трибометра брусок большой гранью, а на него – груз и измерьте силу трения скольжения по линейке.
- Положите на брусок второй груз и снова измерьте силу трения скольжения бруска по линейке.
- Положите на линейку брусок меньшей гранью, поставьте на него два груза и снова измерьте силу трения скольжения бруска по линейке.
- Ответьте на вопрос: зависит ли сила трения скольжения:
а) от силы давления, и если зависит, то как?
б) от площади трущихся поверхностей при постоянной силе давления? [3].
Расчет
Сравнение сил трения покоя, скольжения, качения и веса тела
Приборы и материалы: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками - 2 шт., карандаши круглые - 2шт.
Порядок выполнения работы
- Вычислили цену деления шкалы динамометра , ц.д=0,1 Н
- Измерили вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра, P=2,7±0,1H.
- Измерили максимальную силу трения покоя бруска по столу. Fтр.п=1,2±0,1H.
- Измерили силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Fтр.ск=1±0,1H.
- Измерили силу трения качения бруска по столу. Fтр.ск=0, 2±0,1H.
а) вес тела больше чем максимальная сила трения покоя.
б) максимальная сила трения покоя больше чем сила трения скольжения.
в) сила трения скольжения больше чем сила трения качения.
Изучение зависимости силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей
Приборы и материалы: динамометр, трибометр, грузы с двумя крючками - 2 шт., лист бумаги, лист наждачной бумаги.
Порядок выполнения работы
- Подготовили в тетради таблицу для записи результатов измерений:
- Вычислили цену деления шкалы динамометра, ц.д=0,1 Н
- Измерили силу трения скольжения бруска с двумя грузами:
а) по поверхности линейки трибометра;
б) по гладкой бумаге;
в) по наждачной бумаге.
Таблица 13. Результаты измерений:
| Виды трущихся поверхностей | Сила трения скольжения, H |
Дерево по дереву |
1±0,1 |
Дерево по гладкой бумаге |
0,8±0,1 |
Дерево по наждачной бумаге |
1,6±0,1 |
5. Выводы:
1) а) зависит от рода трущихся поверхностей.
б) зависит от шероховатости трущихся поверхностей?
2) Способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения:
- Увеличить: увеличить шероховатость трущихся поверхностей, насыпать между трущихся поверхностей частицы (стружку, опилки, песок).
- Уменьшить: шлифовка, полировка трущихся поверхностей, нанесение смазки.
Изучение зависимости силы трения скольжения от силы давления и независимости от площади трущихся поверхностей.
Приборы и материалы: динамометр, трибометр, грузы с двумя крючками - 2шт.
Порядок выполнения работы
- Вычислили цену деления шкалы динамометра. ц.д=0,1
- Измерили силу трения скольжения по линейке: Fтр.ск=0, 5±0,1H.
- Положили на брусок второй груз и снова измерили силу трения скольжения бруска по линейке. Fтр.ск=1±0,1H.
- Положили на линейку брусок меньшей гранью, поставили на него два груза и снова измерили силу трения скольжения бруска по линейке. Fтр.ск=1±0,1H.
- Ответы на вопрос: зависит ли сила трения скольжения:
а) зависит прямопропорционально
б) не зависит от площади трущихся поверхностей при постоянной силе давления.
Методические рекомендации
Данные лабораторные работы рационально использовать на этапе 1. Конкретно-чувственного восприятия (качественные зависимости). Они осуществляют связь с реальностью, быстро и качественно определяют силу трения. Установление конкретно-чувственного восприятия способствует такие операции как наблюдение, сравнение физических величин, сопоставлением и анализ. Выполняется в 7-м классе.
Работы не занимают много времени (15-20 минут), выполняются на однотипном оборудовании и всеми учащимися.
В конце урока обязательное коллективное обсуждение результатов.
При выполнении лабораторных работ на второй образовательной ступени (в основной школе) учитель кроме обеспечения этапа формирования понятия реализует дополнительно цели:
- знакомство с методами измерений
- формирование обобщенного умения проводить физические измерения
- формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку физических закономерностей
Классификация по дидактическим целям:
- Наблюдение и изучение физических явлений
- Знакомство с физическими приборами и измерениями по ним.
- Знакомство с устройством и принципом действия некоторых приборов (динамометр)
- Проверка физических закономерностей
- Определение физических констант (коэффициент трения)
Схема проведения лабораторной работы:
- Вступительная беседа
- Проведение эксперимента
- Обработка результатов
- Выводы
- Обобщение выводов учащихся, формирования вывода об общей закономерности.
На вступительной беседе должно оговариваться: если есть приборы, то, как их использовать, объяснить шкалу измерений, техника безопасности, как оформить работу, класс разделить на бригады по два человека
Инструкция (есть ход выполнения работы)
Отчет (нет хода, должны быть таблицы, графики, выводы, вычисление погрешности (в этом случае относительная, учитель заранее должен знать какая погрешность должна получится).
Критерии оценки:
- Степень самостоятельности (по наблюдению).
- Грамотность оформления.