Федорино С.И. Урок по теме «Трение. Сила трения» (VII класс)

План урока

1. Организационная часть: постановка цели и задач урока (7 мин).

2. Основное содержание урока: выполнение заданий, анализ решений, оформление опорного конспекта у доски (30 мин).

3. Заключительная часть: обобщение, подведение итогов работы, рефлексия (6 мин).

4. Информация о домашнем задании (2 мин).

Цель урока: познавательная — усвоение учащимися понятия «сила трения», знание ее особенностей.

Задачи личностного развития учащихся: создание условий для приобретения мыслительных навыков (анализ, сравнение, обобщение, систематизация, целеполагание, самооценка), умения работать в команде и быть ответственным перед партнерами по совместной работе.

Оборудование и принадлежности: наклонная плоскость, легкоподвижная тележка, математический маятник, демонстрационный динамометр, набор грузов, линолеум, песок, флажки для отметки дистанций, масло вазелиновое, подшипник качения, карточки-задания (8 шт.), динамометр Бакушинского (8 шт.), брусок деревянный (8 шт.), фанерная плоскость (8 шт.), цилиндры алюминиевые (8 шт.).

Ход урока

Вступительное слово учителя. Мы заканчиваем изучение раздела физики «Движение и силы». Зачем вообще нужна любая наука? Чтобы применять полученные знания на практике. В жизни всё время возникают проблемы, которые человеку нужно решать. Как он это делает? (Пауза.) Например, есть проблема — как использовать два часа свободного времени? (Ученики высказывают различные предположения.) Принимаем вариант «Поход в компьютерный клуб». Какие этапы нужно пройти для решения этой проблемы? Сначала появилась идея идти в клуб. Что дальше? Начинаются рассуждения, расчеты: хватит ли на это времени, денег, кто пойдет, успеем ли доехать и так далее. Наконец, мы претворяем в жизнь, то есть осуществляем на практике, эту идею: собираемся группой, садимся в автобус, покупаем билеты и прочее. Какая цепочка действий по решению проблемы у нас получилась? А вот какая:

проблема — идея — расчеты — практика

Запомним эти ступени. Человек всегда проходит по ним, решая задачи, возникающие перед ним в жизни и на работе. А теперь можно предложить одну из таких задач. Посмотрим, помогут ли вам справиться с ней приведенная выше схема и те знания и навыки, которые вы имеете.

Итак, задача (объявляется тема урока). Учитывая тему занятия, имеющееся оборудование, вступительное слово учителя, совместно с учениками ставим цели урока. Класс разбивается на 8 групп (по 3—4 человека), которые составляют 4 команды (по две дублирующие команды). Каждая команда имеет оборудование и карточку-задание.

Содержание фронтального опроса:

1) Как в природе можно обнаружить действие силы? 2) В чём проявляется действие силы? 3) Приведите примеры взаимодействия тел друг с другом, в результате которого изменяется направление скорости движущихся тел. 4) Приведите примеры взаимодействия тел друг с другом, в результате которого изменяется значение скорости. 5) Каковы основные свойства сил? 6) Каким прибором измеряется сила? 7) Назовите единицы силы. 8) Дайте определение равнодействующей сил.

Затем, используя жизненный опыт учащихся, обращаем их внимание на то, что санки, спустившись с горки, через некоторый промежуток времени останавливаются. Приводим примеры. Примеры дополняются опытом: приводим в состояние колебаний математический маятник, скатываем с наклонной плоскости легкоподвижную тележку. Тележка катится до конца демонстрационного стола, не изменяя заметным образом своего движения. Отмечаем ее положение флажком. На поверхности демонстрационного стола расстилаем линолеум. Тележка скатывается с наклонной плоскости и останавливается, не доезжая до конца демонстрационного стола. Отмечаем флажком новое положение. На поверхность демонстрационного стола насыпаем песок. Движение тележки после скатывания быстро замедляется, и она останавливается недалеко от наклонной плоскости. Отмечаем третье положение тележки. Как объяснить эти явления? Почему маятник, приведенный в движение, останавливается? Почему тележка в трех случаях проезжает разные дистанции? (Так может быть поставлена проблема.) Ученики дают ответ: «Потому, что на тело действует тормозящая сила». Выясняем происхождение этой силы.

Работа в группах

I этап. Учитель открывает левую половинку доски. На ней изображен опорный план-конспект, который необходимо дополнить выводами и рисунками. Всем группам предлагается выполнить одинаковое задание 1 (см. приложение) по обнаружению «тормозящей силы»: соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и бруска. Положите на наклонную плоскость цилиндр боковой поверхностью и отпустите. На ту же наклонную плоскость положите цилиндр торцом и отпустите.

Ответьте на вопросы: 1) Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте? (Сила тяжести.) 2) Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте? (Возникновение силы, компенсирующей силу тяжести.) 3) Что явилось причиной изменения скорости маятника и тележки на столе учителя? (Изменение скорости произошло вследствие взаимодействия маятника и воздуха, тележки и поверхности, по которой она двигалась.)

Сделайте вывод. (Вывод: обнаружили новую силу.)

Представители групп у доски отвечают на поставленные вопросы и заполняют опорный конспект. Даем определение новой силы: сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную движению, называется силой трения.

II этап. Совместно вспоминаем, чем характеризуется любая сила. [1) Модулем или числовым значением; 2) направлением; 3) точкой приложения.] Показываем, как обозначается сила трения (F_тр). Как можно измерить силу трения? Всем группам предлагается выполнить задание 2 (см. приложение). На фанерную плоскость положить деревянный брусок с грузами, зацепить динамометром Бакушинского и равномерно перемещать по плоскости. Динамометр показывает некоторую силу.

Ответьте на вопросы: 1) Какое значение силы показывает динамометр? (1,5 Н.) 2) На тело действует сила, но скорость движения не изменяется. Значит, существует компенсирующая сила, равная силе динамометра. Куда направлена сила, равная движущей силе? (Сила направлена против движения бруска.) 3) Где находится точка приложения этой силы? (В месте контакта двух поверхностей.)

Сделайте вывод. (Вывод: измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы находим силу трения.) Представители групп у доски заполняют опорный конспект.

III этап. Каковы причины возникновения силы трения? Для получения ответа сравниваем движение металлического шарика по стеклу, столу и наждачной бумаге. На подобных примерах устанавливаем, что причиной трения является шероховатость поверхности соприкасающихся тел. Отмечаем, что даже самые гладкие на вид поверхности имеют неровности, которые препятствуют движению одного тела по поверхности другого. Но оказывается, уменьшение неровностей снижает силу трения только вначале. Дальнейшее уменьшение шероховатости приводит к увеличению силы трения (называем и вторую причину возникновения силы трения — молекулярное взаимодействие, которое приводит как бы к прилипанию соприкасающихся поверхностей). Итак, есть две причины возникновения силы трения: неровности поверхности и наличие сил притяжения между молекулами соприкасающихся поверхностей. При шероховатых поверхностях трение обусловлено главным образом первой причиной, а при очень гладких поверхностях сказывается молекулярная природа трения. Делаем соответствующие записи в опорном конспекте на доске. Далее даем определение: если при движении соприкасаются твердые поверхности тел, трение называют сухим.

IV этап. От чего зависит сила трения? Для ответа на поставленный вопрос каждая группа выполняет индивидуальное задание 3 (см. приложение). После сделанных выводов представителями групп заполняется таблица в опорном конспекте на доске. Дублирующие группы проверяют правильность полученных выводов. На основании проделанной работы делается такой вывод: сила трения зависит от материала соприкасающихся тел, от нагрузки, от шероховатости и не зависит от площади контакта тел. (В ходе выполнения эксперимента может не выполняться последняя зависимость! Учитель должен знать, что последний вывод неприемлем для случая, когда трение обусловлено молекулярным взаимодействием, то есть на гладких поверхностях сила трения зависит от площади соприкасающихся тел!) Делаем совместный вывод о том, что теория подтверждается практикой. (Замечание. Вопрос о природе трения до сих пор изучен недостаточно. Как показывают экспериментальные исследования, трение представляет собой сложный комплекс механических, физических и химических явлений, причем те или иные явления преобладают в зависимости от условий, при которых происходит процесс трения. Современные положения о силах сухого трения в уточненной форме могут быть сформулированы так: а) коэффициент трения можно считать постоянным, а силы трения прямо пропорциональными нормальным давлениям только в определенном диапазоне скоростей и нагрузок; б) силы трения всегда направлены в сторону, противоположную относительным скоростям; в) трение покоя в начальный момент движения в большинстве случаев несколько больше трения движения; г) с увеличением скорости движения тела трение в большинстве случаев уменьшается, приближаясь к некоторому постоянному значению; д) с возрастанием удельного давления сила трения в большинстве случаев увеличивается; е) с увеличением времени предварительного контакта сила трения возрастает [1]).

Как же можно уменьшить силу трения? Предлагаем учащимся высказать свои предположения. Обращаем внимание на то, что уменьшить силу трения можно, повлияв на причины, обусловливающие значение силы трения (шероховатость, материал, нагрузка). Но в жизни часто бывает так, что эти причины не устранимы. Единственный способ — заменить один вид трения на другой.

Высказанное предположение подтверждаем опытами. На перевернутую вверх колесами тележку помещаем груз. Тележку равномерно перемещаем по поверхности. Отмечаем показание динамометра. Затем тележку ставим на колеса и помещаем тот же груз. При равномерном перемещении динамометр отмечает меньшее значение силы. При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения. Наклонную плоскость устанавливаем под таким углом, что легкоподвижная тележка свободно въезжает вверх по наклонной плоскости. Поверхность наклонной плоскости смазываем вазелиновым маслом. Теперь тележка не может въехать вверх, ее колеса скользят. При равных условиях вязкое (жидкостное) трение всегда меньше сухого трения. Демонстрируем смазанный машинным маслом подшипник качения, где для уменьшения трения применяют сразу два способа. В результате выполнения заданий в тетрадях учеников будет опорный план-конспект урока.

Заключительная часть

Рефлексия. Совместно с учениками подводим итог урока: достигли ли мы целей, поставленных в начале своей работы; подтвердилась ли последовательность действий по решению проблемы; понравилась ли групповая работа. Для закрепления изученного материала и контроля знаний учащихся проводим тест:

Тестовое задание

1. Сила — причина ...

A. ... только изменения скорости тела.

Б. ... только деформации тела.

B. ... изменения скорости и деформации тела.

Г. ... движения тела.

2. Если тело покоится или движется равномерно, значит ...

A. ... все силы направлены в одну сторону.

Б. ... на него не действуют силы .

B. ... силы, действующие на тело, скомпенсированы.

Г. ... на него не действуют силы или их равнодействующая равна нулю.

3. Силой трения называют силу ...

A. ... с которой Земля притягивает к себе тела.

Б. ... действующую на тело со стороны деформированной опоры и направленную против деформирующей силы.

B. ... с которой тело вследствие земного притяжения действует на опору или подвес.

Г. ... возникающую при движении одного тела по поверхности другого и направленную в сторону, противоположную движению.

4. Точка приложения силы трения расположена ...

А. ... в центре тела.

Б. ... в точке контакта двух тел.

В. ... в точке действия внешней силы.

Г. ... в любом месте тела.

5. Сила трения всегда направлена ...

A. ... противоположно движению тела.

Б. ... противоположно деформирующей силе.

B. ... вертикально вниз.

Г. ... влево или вправо.

6. Сила трения зависит от ...

A. ... нагрузки.

Б. ... шероховатости поверхностей.

B. ... вида материала контактирующих поверхностей.

Г. ... всех вышеперечисленных факторов.

7. Силу трения можно уменьшить ...

А. ... заменяя один вид трения другим.

Б. ... заменяя скольжение качением.

В. ... смазывая трущиеся поверхности.

Г. ... увеличивая скорость тела.

8. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?

A. 350 Н.

Б. 700 Н.

B. 70 Н.

Г. Среди ответов А — В нет правильного.

Обсуждать ответы на вопросы теста может целая группа. Ответы на тестовое задание заранее готовим на доске. Семь выполненных заданий — отметка «4» (7 баллов), 8 выполненных заданий — отметка «5» (8 баллов). Более низкие отметки не ставятся. Здесь же сообщается информация о домашнем задании.

Домашнее задание: § 30, контрольные вопросы после параграфа.

Ответы к тесту:

1	2	3	4	5	6	7	8
В	Г	Г	Б	А	Г	А	Б

1. Артоболевский И.И.Теория механизмов и машин. — М.: Наука, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Группа 1

Задание 1

Соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и деревянного бруска. Вверху наклонной плоскости установите на боковую поверхность алюминиевый цилиндр и отпустите. Проследите за движением цилиндра по наклонной плоскости, удерживая его в конце рукой. Затем поставьте цилиндр торцом и отпустите. После двух проделанных опытов ответьте на вопросы:

1.Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?

2. Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?

3. Что явилось причиной изменения скорости тележки на столе учителя?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 2

Фанерную плоскость расположите горизонтально, положив ее на парту. На фанерную плоскость положите деревянный брусок с тремя грузами, зацепите его динамометром и равномерно перемещайте по плоскости. Обратите внимание, что динамометр показывает некоторое значение. На тело действует сила, но скорость тела не изменяется. После проведенного опыта ответьте на вопросы:

1. Какое значение силы показывает динамометр?

2. Куда направлена сила, компенсирующая движущую силу?

3. Где находится точка приложения этой силы?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 3

Оборудование: деревянный брусок, набор грузов по 100 г (3 шт.), динамометр, бумага, линолеум, фанера, крышка парты (пластмасса).

1. Положив на деревянный брусок три груза и зацепив его динамометром, равномерно перемещайте брусок по различным поверхностям. При этом каждый раз отмечайте показания динамометра. Полученные результаты занесите в таблицу, предварительно вычертив ее в тетради:

Вид трущейся поверхности	Сила трения, Н
Дерево по дереву Дерево по линолеуму Дерево по бумаге Дерево по пластмассе

2. Сравните полученные значения и сделайте вывод о зависимости или независимости силы трения от рода соприкасающихся поверхностей. Выберите представителя группы для ответа у доски.

Группа 2

Задание 1

Соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и деревянного бруска. Вверху наклонной плоскости установите алюминиевый цилиндр на боковую поверхность и отпустите. Проследите за движением цилиндра по наклонной плоскости, удерживая его в конце рукой. Затем поставьте цилиндр торцом и отпустите. После двух проделанных опытов ответьте на вопросы:

1. Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?

2.Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?

3. Что явилось причиной изменения скорости тележки на столе учителя?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 2

Фанерную плоскость расположите горизонтально, положив ее на парту. На фанерную плоскость положите деревянный брусок с тремя грузами, зацепите его динамометром и равномерно перемещайте брусок по плоскости. Обратите внимание на то, что динамометр показывает некоторое значение. На тело действует сила, но скорость тела не изменяется. После проведенного опыта ответьте на вопросы:

1. Какое значение силы показывает динамометр?

2. Куда направлена сила, компенсирующая движущую силу?

3. Где находится точка приложения этой силы?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 3

Оборудование: деревянный брусок, набор грузов по 100 г (3 шт.)» динамометр, фанерная доска.

1. Положив на деревянный брусок один груз и зацепив его динамометром, равномерно перемещайте брусок по деревянной поверхности. Затем положите на брусок два груза и проделайте то же самое. Третий опыт повторите с тремя грузами. При этом каждый раз отмечайте показание динамометра. Полученные результаты занесите в таблицу, предварительно вычертив ее в тетради:

Нагрузка на брусок	Сила трения, Н
Без грузов Один груз Два груза Три груза

2. Сравните полученные значения и сделайте вывод о зависимости или независимости силы трения от нагрузки на брусок. Выберите представителя группы для ответа у доски.

Группа 3

Задание 1

Соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и деревянного бруска. Вверху наклонной плоскости установите алюминиевый цилиндр на боковую поверхность и отпустите. Проследите за движением цилиндра по наклонной плоскости, удерживая его в конце рукой. Затем поставьте цилиндр торцом и отпустите. После двух проделанных опытов ответьте на вопросы:

1. Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?

2. Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?

3. Что явилось причиной изменения скорости тележки на столе учителя?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 2

Фанерную плоскость расположите горизонтально, положив ее на парту. На фанерную плоскость положите деревянный брусок с тремя грузами, зацепите его динамометром и равномерно перемещайте брусок по плоскости. Обратите внимание на то, что динамометр показывает некоторое значение. На тело действует сила, но скорость тела не изменяется. После проведенного опыта ответьте на вопросы:

1. Какое значение силы показывает динамометр?

2. Куда направлена сила, компенсирующая движущую силу?

3. Где находится точка приложения этой силы?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 3

Оборудование: деревянный брусок, набор грузов по 100 г (3 шт.), динамометр, деревянная доска с различными поверхностями, бумага газетная, бумага плакатная.

1. Положив на деревянный брусок три груза и зацепив его динамометром, равномерно перемещайте брусок по гладкой деревянной поверхности. Затем проделайте то же самое с шероховатой деревянной поверхностью. Третий и четвертый опыты повторите для различных видов бумаги. При этом каждый раз отмечайте показание динамометра. Полученные результаты занесите в таблицу, предварительно вычертив ее в тетради:

Вид поверхности	Сила трения, Н
Дерево Дерево шероховатое Бумага гладкая Бумага газетная

2. Сравните полученные значения и сделайте вывод о зависимости или независимости силы трения от шероховатости поверхности. Выберите представителя группы для ответа у доски.

Группа 4

Задание 1

Соорудите наклонную плоскость из фанерной доски и деревянного бруска. Вверху наклонной плоскости установите алюминиевый цилиндр на боковую поверхность и отпустите. Проследите за движением цилиндра по наклонной плоскости, удерживая его в конце рукой. Затем поставьте цилиндр торцом и отпустите. После двух проделанных опытов ответьте на вопросы:

1. Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?

2. Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?

3. Что явилось причиной изменения скорости тележки на столе учителя?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 2

Фанерную плоскость расположите горизонтально, положив ее на парту. На фанерную плоскость положите деревянный брусок с тремя грузами, зацепите его динамометром и равномерно перемещайте брусок по плоскости. Обратите внимание на то, что динамометр показывает некоторое значение. На тело действует сила, но скорость тела не изменяется. После проведенного опыта ответьте на вопросы:

1. Какое значение силы показывает динамометр?

2. Куда направлена сила, компенсирующая движущую силу?

3. Где находится точка приложения этой силы?

Сделайте вывод и выберите представителя группы для ответа у доски.

Задание 3

Оборудование: деревянный брусок с различными боковыми гранями, динамометр, фанерная доска.

1. Положив деревянный брусок на большую грань и зацепив его динамометром, равномерно перемещайте брусок по деревянной поверхности. Затем положите брусок средней гранью и проделайте то же самое. Третий опыт повторите с меньшей гранью бруска. При этом каждый раз отмечайте показание динамометра. Полученные результаты занесите в таблицу, предварительно вычертив ее в тетради:

Площадь трущейся поверхности бруска	Сила трения, Н
Большая грань бруска Средняя грань бруска Меньшая грань бруска

2. Сравните полученные значения и сделайте вывод о зависимости или независимости силы трения от значения площади трущихся поверхностей. Выберите представителя группы для ответа у доски.