Инфоурок / Физика / Конспекты / Лабораторная работа по теме "трения покоя" (10 класс)
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Педагогическая деятельность в соответствии с новым ФГОС требует от учителя наличия системы специальных знаний в области анатомии, физиологии, специальной психологии, дефектологии и социальной работы.

Только сейчас Вы можете пройти дистанционное обучение прямо на сайте "Инфоурок" со скидкой 40% по курсу повышения квалификации "Организация работы с обучающимися с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ)" (72 часа). По окончании курса Вы получите печатное удостоверение о повышении квалификации установленного образца (доставка удостоверения бесплатна).

Автор курса: Логинова Наталья Геннадьевна, кандидат педагогических наук, учитель высшей категории. Начало обучения новой группы: 27 сентября.

Подать заявку на этот курс    Смотреть список всех 216 курсов со скидкой 40%

Лабораторная работа по теме "трения покоя" (10 класс)

библиотека
материалов

ФИО__________________________________________________________

Класс___________дата__________________________________________


Изучение силы трения покоя


Цели работы

выяснить свойства силы трения покоя;

определить коэффициент трения покоя.

Теоретические основы работы

Сила трения имеет электромагнитную природу, в основе ее лежат электрические силы взаимодействия молекул. Силы трения возникают при соприкосновении твёрдых тел и направлены вдоль поверхности соприкосновения противоположно относительному перемещению. Очевидно, что силы трения действуют на обе соприкасающиеся поверхности, при этом они равны по величине и противоположны по направлению. Если перемещения не происходит, между соприкасающимися телами действуют силы трения покоя.

hello_html_7bee83e9.gifСила трения покоя не имеет однозначной величины, она принимает такое значение, при котором выполняется второй закон Ньютона. При изменении внешнего воздействия соответственно меняется сила трения покоя. На рис.1а к телу приложена параллельно поверхности сила F1 такая, что тело сохраняет состояние покоя. Очевидно, что сила трения покоя по модулю равна этой силе F1. Если увеличивать силу F, увеличится и сила

трения покоя (рис1б). При некотором определенном значении силы Fmax тело сдвинется и начнёт скользить, сила трения покоя принимает максимальное значение (рис2а).

Максимальное значение силы трения покоя зависит

  1. от свойств соприкасающихся поверхностей: материалов, качества обработки поверхностей, чистоты, наличия смазки – всё это определяется коэффициентом трения:

hello_html_m60d73185.gif

  1. от «степени проникновения» неровностей одной поверхности между неровностями другой поверхности (сравните рис.2а и 2б), а это определяется силой давления одной поверхности на другую или равной ей по величине силой реакции опоры N.

Таким образом, максимальное значение силы трения покоя определяется формулой:

hello_html_m3a97b189.gif (1)

Если сила, приложенная к телу параллельно поверхности, больше Fтр.пок.mаx, тело скользит по поверхности. При этом на него действует сила трения скольжения. Сила трения скольжения так же, как и сила трения покоя, направлена вдоль поверхности соприкосновения в сторону противоположную относительной скорости и пропорциональна силе давления тела на поверхность:

hello_html_f19197a.gif (2)

Коэффициент трения скольжения несколько меньше коэффициента трения покоя. Неподвижно стоящее тело труднее сдвинуть с места, чем затем равномерно перемещать по поверхности.

Непосредственное экспериментальное измерение силы трения покоя затруднительно, но её величину можно найти, используя второй закон Ньютона при условии v.=0, a=0. Если тело покоится на горизонтальной поверхности, несмотря на действие горизонтальной силы F, в любой момент справедливо равенство F=Fтр.пк Экспериментальное наблюдение и измерение силы F, равной силе трения, возможно произвести с применением датчика силы.

Коэффициент трения можно вычислить, используя формулу (1):

hello_html_m1a87edc.gifhello_html_m42db395c.png (3)

hello_html_m5ec8133e.pnghello_html_m5ec8133e.pnghello_html_610736b5.gifhello_html_2819f836.png


Для определения коэффициента трения покоя можно применить другой способ, не связанный с измерением сил трения и давления. Положим брусок на наклонную плоскость, составляющую угол α с горизонтом. Пусть угол α настолько мал, что брусок не соскальзывает, а покоится на наклонной плоскости. Применив второй закон Ньютона при условии а=0, можно найти действующую на брусок силу трения покоя (рис.3а):

hello_html_1733b4f1.gif (4)

Постепенно увеличиваем угол наклона плоскости. При этом в соответствии с формулой (4) растет и сила трения покоя. При некотором значении угла αпред брусок начнет перемещаться, скользить по наклонной плоскости – сила трения покоя достигла максимального значения, определяемого формулой (1).

hello_html_6f0d8668.gif,

где сила реакции опоры

hello_html_m86dc2f5.gifcosαпред .

Для предельного угла получаем соотношение:

hello_html_m4dd45290.gif

или после преобразований:

hello_html_m5e2a0791.gif (5)

Тангенс предельного угла равен отношению высоты наклонной плоскости H к длине её основания S (см. рис.3б), и равен коэффициенту трения покоя.

Оборудование:

  • опорная деревянная линейка,

  • деревянный брусок,

  • набор грузов,

  • тяга,

  • штатив с муфтами и лапками

  • датчик силы

  • КПК и/или ПК

  • Измерительный Интерфейс

hello_html_5f4833d2.png

Монтаж экспериментальной установки

  1. Соберите экспериментальную установку в соответствии с рис.4.

  2. Подключите датчик силы.

Параметры измерений:

  • Замер 25 измерений в секунду;

  • Длительность – 500.


Порядок проведения эксперимента

Опыт 1. Определение веса бруска.

  1. Настройте КПК или ПК для проведения опыта.

  2. Закрепите датчик силы на штативе. Подвесьте брусок на крюк датчика силы.

  3. Начните регистрацию, добейтесь устойчивых показаний, и остановите регистрацию.

  4. Сохраните данные эксперимента

  5. (название)

    опыта

    Количество

    грузов

    на бруске

    Вес бруска

    с грузами,

    Н

    hello_html_m20c5ee2b.gif

    Н

    hello_html_m53d4ecad.gifμ

    μ ср

    Δ μ

    Δ μ ср

    1


    2


    3


    4

    0


    1


    2


    3








    Запишите вес бруска в таблицу.

Опыт 2. Определение зависимости силы трения покоя от приложенной горизонтальной силы.

  1. Положите брусок на горизонтальную линейку, на брусок установите один груз;

  2. Соедините датчик силы с бруском;

  3. Начните регистрацию данных.

  4. Медленно тяните датчик силы и наблюдайте увеличение силы трения покоя до момента начала скольжения.

  5. Остановите регистрацию данных. Сохраните результат.

  6. Значение силы, равной максимальной силе трения покоя, запишите в таблицу.

Опыт 3. Повторите шаги 1-6, установив на брусок два груза.

Опыт 4. Повторите шаги 1-6, установив на брусок три груза.

Обработка результатов измерений

А.Выяснить зависимость силы трения покоя от времени при увеличении приложенной силы:

    1. На КПК или ПК откройте по очереди файлы данных опыта 2.

    2. Распечатайте графики или постройте их на миллиметровке, используя табличные данные. Миллиметровку с графиком или примерный его вид можно поместить здесь (не забудьте подписать оси координат!):

hello_html_4d8adc15.gif












hello_html_7579c833.gif

    1. Объясните форму графиков.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


Б. Рассчитать величину коэффициента трения покоя.

  1. По результатам каждого опыта рассчитайте вес бруска с грузами и занесите в таблицу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. По формуле =Fтр.пк./N, где N равно весу бруска с грузами, рассчитайте коэффициент трения для каждого опыта и занесите в таблицу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Вычислите среднее значение коэффициента трения ср, занесите в таблицу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Вычислите модули отклонения значений от среднего значения коэффициента трения по формуле Δ=/ср - /., занесите в таблицу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Вычислите среднее значение Δср., занесите в таблицу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Запишите результат экспериментов по форме: = ср+_ Δср

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Постройте график зависимости максимальной силы трения покоя от веса бруска с грузами (равного силе нормальной реакции опоры).

Распечатайте графики или постройте их на миллиметровке, используя табличные данные. Миллиметровку с графиком или примерный его вид можно поместить здесь (не забудьте подписать оси координат!):

hello_html_4d8adc15.gif












hello_html_7579c833.gif


Дополнительное задание

Определите коэффициент трения покоя по предельному углу.

  1. Закрепите конец линейки в лапке штатива. Муфту установите на минимально возможной высоте.

  2. Положить на линейку брусок с одним грузом.

  3. Медленно поднимайте муфту по штативу, пока брусок не начнет соскальзывать.

  4. Закрепите муфту в этом положении.

  5. Измерьте высоту Н и длину S (см. рис 3б).

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Вычислите коэффициент трения покоя и сравнить со значением, полученным другим способом.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Вопросы для предварительного опроса и защиты ЛР

  1. Каково происхождение силы трения покоя?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. От чего зависит сила трения?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Что такое коэффициент трения, от чего он зависит?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Почему не сразу удается сдвинуть брусок?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Какие величины нужно рассчитать при обработке результатов экспериментов?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Какой вид должен иметь график зависимости максимальной силы трения покоя от веса бруска с грузами (равного силе нормальной реакции опоры)?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

  1. Выведите формулу для определения коэффициента трения покоя по предельному углу.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________



Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 27 сентября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Общая информация

Номер материала: ДБ-117532

Похожие материалы

2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации. Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии.

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

Конкурс "Законы экологии"