План-конспект урока физики по теме "Силы трения"

ПЛАН- КОНСПЕКТ

открытого урока физики в 10 «А» классе

МОУ гимназии №77 г. о. Тольятти

учителя физики

Ивановой Марии Константиновны

Ход урока:

I.                   Организационный момент

• Приветствие учащихся.
• Проверка отсутствующих учащихся.

II.                Изучение нового материала

 Учитель: Давайте вспомним, какие виды сил рассматриваются в механике? (Тяготения, упругости, трения) Какие из них  мы уже изучили? (Тяготения и упругости).

Целью сегодняшнего нашего урока является изучение силы трения.

Чтобы охарактеризовать какую- либо силу, что нам необходимо о ней знать?

Примерные ответы учащихся:

1.Точку приложения.

2.Причины возникновения.

3.Физическую природу.

4.Направление.

5.Способы измерения.

6.От чего зависит величина силы?

7.Формулу для расчёта.

8.Границы применимости формулы.

(После ответов учащихся учитель открывает доску, на которой заранее написан этот план ответа для описания силы трения) На все эти вопросы нам необходимо ответить применительно к силе трения.

Почти любое движение окружающих нас тел сопровождается трением. Например: останавливается автомобиль, у которого водитель отключил двигатель; останавливается после многих колебаний маятник; медленно погружается в банку с маслом брошенный туда маленький металлический шарик; стираются подошвы обуви и шины машин; изнашиваются детали трущихся механизмов, изменяя формы и размеры деталей, которые приводят к вибрациям и биениям в механизмах, снижают качество работ и создают угрозу аварии. Все это и многое другое вызвано действием силы трения, возникающей при движении одних тел вдоль поверхности других. Кстати, ходим мы по земле, благодаря все той же силе трения.

Вспомним виды трения.

Трение может возникнуть при движении твердого тела по твердому телу. Такое трение называется сухим или внешним. Приведите примеры. (Брусок по столу, санки по снегу

и др.)

 Трение может возникать при движении твердого тела внутри жидкости или газа. Такое трение называется жидким или внутренним. Приведите примеры.(Самолет в воздухе, рыба в воде и др.)

Сегодня на уроке мы остановимся на сухом трении.

Рассмотрим его виды:

1.                  Трение скольжения.

На столе лежит брусок, если я его толкну, что будет с ним происходить? (Он начнет     скользить по поверхности стола, а затем остановится)      Почему он остановится,     что ему мешает продолжать движение? (Трение)

Какое трение? (Трение скольжения, так как брусок скользит)

В первую очередь сила трения скольжения зависит от силы нормального давления, чем больше масса, тем больше сила трения. Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей, чем больше неровностей на поверхностях, тем чаще происходит зацепление их, сопровождаемое деформацией и увеличением вследствие этого силы трения. Коэффициент трения зависит также от материалов, из которых сделаны тела, и в наименьшей степени от модуля относительной скорости перемещения. Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел: ведь нужна одинаковая сила, чтобы сдвинуть с места или тащить с медленной скоростью широкий лист стали или такого же веса гирю, опирающуюся на поверхность лишь малой площадью. Поэтому коэффициент трения характеризует два тела трущихся друг о друга и зависит от материалов, из которых сделаны тела и от качества обработки поверхностей.

                                               Коэффициент трения скольжения

Задача на использование таблицы значений для коэффициента трения, из серии “Вовочкины” задачи:

  Вокруг школы шли ремонтные работы и рабочий устанавливал деревянную лестницу к столбу, но верхняя ступенька все время соскальзывала с деревянного столба. В это время Вовочка проходил мимо и посоветовал рабочему заменить верхнюю ступеньку лестницы веревкой или куском каната. Почему он предложил этот способ для устойчивости лестницы? (Ответы учащихся)  Ответ: Площадь соприкосновения веревки со столбом больше, чем ступеньки лестницы. Кроме того, веревка ворсиста. Все это увеличивает силу трения.

2. Трение качения

На столе лежит цилиндр, если я его толкну, будет ли на него действовать сила трения?

(Да, сила трения будет действовать на цилиндр)

 Почему вы так решили? (Так как цилиндр, в конце концов, останавливается).

 Раз цилиндр катится, какое это трение? (Трение качения)

Замена трения скольжения трением качения было большим шагом вперед и увеличило производительность труда. Сначала полозья заменили брусьями, затем колесами, насажанными на оси, для уменьшения трения ввели смазку между трущимися деталями. В качестве смазки могут использоваться различного вида жидкости, масла. Кроме того, чтобы происходил как можно меньший износ трущихся частей, были изобретены шариковые подшипники.

3. Сила трения покоя

Каждому, кому приходилось передвигать по комнате тяжелую мебель (например, шкаф), известно, как трудно сдвинуть ее с места. Усилия, которые необходимо для этого приложить, гораздо больше усилия, затрачиваемого на дальнейшее перемещение шкафа по полу. Сила, которая противодействует первоначальному сдвигу шкафа, называется силой трения покоя. Если сдвигающая сила не достаточно велика, то сила трения покоя уравновешивает сдвигающую силу. При этом одной и той же силой можно легко сдвинуть с места тело с меньшей массой и не сдвинуть с места тело с большей массой. Тем самым нарушить трение покоя одного тела и не изменить другого. До каких пор действует сила трения покоя? Максимальное значение силы трения покоя пропорционально силе тяжести. Чтобы сдвинуть с места более тяжелое тело, нужно приложить большую силу, следовательно, Fтр ~ Fтяж.

После рассмотрения каждого вида сухого трения выполняется соответствующий рисунок на доске и в тетрадях учащихся  и демонстрируется показ слайдов.

Предлагаю учащимся эксперимент: сползет или не сползет карандаш, если положить его на наклонно распложенную книгу? Это зависит от того, как расположить карандаш. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом угле наклона скользить будет медленнее, чем при меньшем угле наклона будет скатываться карандаш, положенный поперек, особенно если он круглый. Катить легче, чем волочить, так как сила трения качения при прочих равных условиях всегда меньше силы трения скольжения. Именно, поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности о колесах не знали и даже летом грузы возили на санях или тащили волоком. Прошло немало лет прежде, чем древние инженеры догадались подложить под грузы катки, то есть заменить трение скольжения трением качения. Так для постройки памятника Петру-I в Санкт-Петербурге, громадную каменную глыбу доставили в город на катках. А иначе, постамент для памятника основателю города трудно было бы строителям тащить волоком.

Подведем небольшой итог.

К чему приложена сила трения? (К телу)

Верно, но по третьему закону Ньютона сила трения приложена также и к опоре.

В какой точке приложена сила трения? (В месте соприкосновения поверхностей)

Куда направлена сила трения? (Она направлена вдоль соприкасающихся поверхностей, против направления движения)

Когда возникает сила трения?(Она возникает при движении или попытке вызвать движение одного тела по поверхности другого)

На основе вышесказанного получаем определение силы трения.

Сила трения – это сила, возникающая при движении или попытке вызвать движение одного тела по поверхности другого, направленная вдоль соприкасающихся поверхностей против движения.

Каковы причины трения?

Почему стол мешает двигаться бруску? (Если мы попытаемся рассмотреть поверхности под микроскопом или в лупу, то увидим на них шероховатости, мелкие  зазубринки , которые, которые цепляются друг за друга и мешают движению)

Каким образом можно  уменьшить трение?(Отшлифовать поверхности)

Примером очень гладкой поверхности является стекло. Возможно, вам приходилось видеть, как трудно поднять стекло из стопки стеклянных пластин. Почему? (Частицы обеих поверхностей так близко расположены друг к другу, что начинают проявляться силы межмолекулярного притяжения, которые,  и мешают разъединить стёкла)

Итак, мы выяснили две причины возникновения силы трения:

• шероховатости поверхности
• взаимное притяжение молекул

Силы взаимного притяжения молекул имеют электромагнитную природу. Силы, возникающие при деформации шероховатостей, также имеют электромагнитную природу, так как это силы упругости. Таким образом, силы трения имеют электромагнитную природу.

Как можно измерить силу трения?

Возьмём брусок, и будем пытаться его сдвинуть, измеряя силу, которую прикладываем с помощью динамометра. Мы увеличиваем силу, а брусок находится в покое.

-Что это означает?

Что сила трения покоя, возникающая при этом, равна по  модулю силе, которую мы прикладываем.

При некотором значении силы тяги брусок начинает двигаться. Будем двигать его равномерно. Чему в этом случае равна сила трения? (Силе тяги динамометра).

Таким образом, сила трения скольжения измеряется динамометром. При равномерном движении она равна силе тяги.

Зависимость величины силы трения от силы тяги изобразим графически.

Если сила трения и сила тяги отложены по осям в одном масштабе, то правая часть графика- биссектриса, так как сила трения покоя равна силе тяги. Мы видели, что когда тело сдвинулось, показания динамометра уменьшились, следовательно, сила трения скольжения меньше максимальной силы трения покоя.

Выясним, от чего зависит величина силы трения.

Мы сказали, что сила трения  покоя    не постоянная величина и с увеличением силы тяги увеличивается до некоторого максимального значения. Сила трения скольжения не зависит от силы тяги.

А от чего зависит величина силы трения скольжения? Выскажите свои предположения:

·         от веса (силы нормального давления);

·         рода  соприкасающихся поверхностей;

·         площади поверхности;

·         скорости движения.

Наша задача проверить все эти гипотезы и установить, как зависит сила трения от перечисленных величин

Что необходимо для установления зависимости силы трения от рода соприкасающихся поверхностей?(Необходимо иметь различные поверхности, по которым будем двигать брусок и каждый раз измерять силу трения)

Как установить зависимость силы трения от площади соприкасающихся поверхностей?

(Можно класть брусок на различные грани, и каждый раз измерять силу)

Что необходимо для установления зависимости силы трения от силы нормального давления? Чему будет равна эта сила нормального давления? Как её измерить?

Эта сила тождественно равна весу бруска, измерить её можно с помощью динамометра. Для проверки зависимости необходим брусок с набором грузов (для изменения веса бруска) и динамометр.

Динамическая пауза.

Проведение лабораторного эксперимента

Учащимся предлагается выполнить лабораторный эксперимент по проверке данных гипотез с дальнейшей записью результатов в тетради и на доске. Учитель напоминает, что при измерениях двигать брусок необходим равномерно, и динамометр располагать параллельно поверхности стола. Выполнение проверки зависимости силы трения от силы нормального давления рассматривается с учащимися более подробно. Необходимо построить график  зависимости силы трения от веса бруска в тетрадях, а затем на доске.

Сформулируем получившиеся выводы.

Сила трения скольжения  зависит от:

·         рода соприкасающихся поверхностей и качества их обработки;

·         силы нормального давления (веса)

Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Следует помнить, что при малых скоростях сила трения скольжения практически не  зависит от скорости движения тела.

Проанализируем зависимость силы трения скольжения от веса тела. Из графика видно, что сила трения скольжения прямо пропорциональна весу тела. По третьему закону Ньютона вес тела равен по модулю силе реакции опоры. Если ввести коэффициент пропорциональности (μ-коэффициент   трения скольжения), получим равенство:

F тр.ск. = μN

Эта зависимость была установлена Гильомом Амонтоном(фр. ученый) в 1699 году. Еще до него изучал трение Леонардо да Винчи, который определил коэффициент трения. Исследованием трения занимался также Шарль Огюстен Кулон.

-Как из графика найти коэффициент трения скольжения?

Взять в средней части графика какую-нибудь точку (удобно на пересечении клеток), опустить перпендикуляры на оси координат, разделить получившееся значение силы трения скольжения на соответствующий вес тела.

По графику, изображенному на доске, учащийся или учитель демонстрирует способ нахождения коэффициента трения скольжения.

В чем измеряется коэффициент трения скольжения?

(Коэффициент трения скольжения – безразмерная величина)

Коэффициент трения скольжения зависит от рода материала, и примерное его значение может быть занесено в таблицу. Глядя на таблицу , мы видим , что коэффициент трения скольжения может быть достаточно большим  и соответственно сила трения скольжения большая. Это может мешать и тогда силу трения скольжения необходимо уменьшать.

Каким способом это сделать?

• шлифование;
• смазка;
• использованием подшипников (сила трения качения много меньше силы трения скольжения при тех же условиях);
• уменьшением силы нормального давления;
• использованием специальных материалов.

Но иногда необходимо увеличить силу трения. Как это сделать?

• использовать специальные материалы;
• увеличить силу нормального давления.

III.             Закрепление.

Задача 1: Вы знаете, что чтобы забить гвоздь в древесину, необходимо приложить немало усилий, но чтобы вытащить его нужно не меньше. Это можно сделать с помощью клещей. Но, что же так крепко держит гвозди в доске? Ведь поверхность гвоздя гладкая, и если он прямой, то ему нечем зацепиться за дерево! Чем можно это объяснить?

Ответ: Держит гвоздь сила трения. Когда его забивали, то заостренный конец с силой раздвигал древесные волокна, проделывая отверстие, по которому проходило тело гвоздя. Раздвинутые волокна стремятся занять свое положение и снова сдвинуться. Они со всех сторон сжимают гвоздь. Благодаря этому нажиму между поверхностью гвоздя и деревом возникает большая сила трения. Гвоздь оказывается зажатым, будто в тисках.

Задача 2: Жидкости являются смазкой при трении, и допустим, деревянное изделие с вбитыми гвоздями долго находилось под дождем или в сыром месте. Если начать вытаскивать гвозди из сырой древесины, то нужно приложить еще больше усилий, чем при вытаскивании из сухой, почему так? Ведь вода, кажется должна быть смазкой.

Ответ: Потому, что промежутки между частичками древесины, набухшей от влаги, увеличиваются, и гвоздь сильнее сжимается волокнами древесины. Значит, сила трения увеличивается.

А теперь объясните смысл народных примет и пословиц.  Определите значение силы трения для каждой пословицы, и какую роль эта сила играет: положительную или отрицательную.

Работа проводится в группах.

Проведение тестирования (Приложение № 1), при наличии времени.

IV.             Рефлексия. Выставление отметок.

• Что же такое сила трения? К чему она приложена и куда направлена?
• Когда     возникает сила трения?
• В чем причина возникновения силы трения?
• Какова природа силы трения?
• Как можно измерить силу трения?
• Отчего зависит, от чего не зависит сила трения?
• Как увеличить и как уменьшить силу трения?

V.                Задание на дом. 

      Творческие задания записаны на доске:

1. Написать фантастический рассказ “Если бы трения не стало”
2. Написать стихотворение о трении
3. Исследовать, как влияет понижение температуры на трение
4. Сделать сообщение о трении на производстве ваших родителей

          Выберите себе задание по душе, спасибо за урок!

Приложение №1

Тест по теме «Силы трения»

Вариант 1.

1.Как изменится сила трения скольжения при движении бруска по горизонтальной поверхности, если при неизменном значении силы нормального давления площадь соприкасающихся поверхностей увеличить в 2 раза?

А. Не изменится. Б.Увеличится в 2 раза .В. Уменьшится  в 2 раза. Г.Увеличится в 4 раза. Д.Уменьшится в 4 раза.

2.Как изменится сила трения скольжения при движении бруска по горизонтальной поверхности, если силу нормального давления увеличить в 3 раза?

А. Не изменится. Б.Увеличится в 3 раза. В. Уменьшится в 3 раза. Г. Увеличится в 9 раз. Д. Уменьшится в 9 раз.

3. Определить силу трения скольжения, действующую на конькобежца весом 600 Н, если коэффициент трения коньков по льду 0, 1.

А.6 Н;  Б. 600 Н; В. 60 Н; Г. 0, 6 Н.

4.Брусок массой 0,2 кг равномерно тянут с помощью динамометра по горизонтальной поверхности стола. Показания динамометра 0,5 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения? Ускорение свободного падения принять равным 10м/с².

А. 0,2;  Б. 0,25;  В. 0,4;  Г. 0,5.

5.На рисунке представлен график зависимости модуля силы трения F от модуля силы нормального давления N. Определить коэффициент трения скольжения.

         6. Брусок движется равномерно вверх по наклонной плоскости. Какое направление имеет вектор силы трения?

А. 1;   Б. 2;  В. 3;  Г. 4;  Д. Fтр=0.

Тест по теме «Силы трения»

Вариант 2.

1. Как изменится сила трения скольжения при движении бруска по горизонтальной           поверхности, если при неизменном значении силы нормального давления площадь    соприкасающихся поверхностей уменьшить в 3 раза?

А. Не изменится. Б. Увеличится  в 3 раза. В. Уменьшится  2 раза. Г. Увеличится в 9 раз. Д. Уменьшится в 9 раз.

2. Как изменится сила трения скольжения при движении бруска по горизонтальной поверхности, если силу нормального давления  уменьшить в 2 раза?

А. Не изменится. Б. Увеличится в 2 раза. В. Уменьшится в 2 раза. Г. Увеличится в 4 раза. Д. Уменьшится в 4 раза.

3.  Определить силу трения скольжения , действующую на конькобежца весом 800 Н, если коэффициент трения коньков по льду 0,02.

А. 1,6 Н ;  Б. 16 Н;  В. 40 Н;  Г. 400 Н

4. Брусок массой 0,3 кг равномерно тянут с помощью динамометра по горизонтальной поверхности стола. Показания динамометра 0,6 Н. Чему равен коэффициент  трения скольжения? Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с².

А. 0,5   Б. 0,25   В. 0,2   Г. 0,18.

 5. На рисунке представлен график зависимости модуля силы трения F от модуля        силы нормального давления N. Определить коэффициент трения скольжения.

        6. Брусок движется равномерно вниз по наклонной плоскости. Какое направление        имеет вектор силы трения?

         А. 1    Б. 2    В. 3     Г. 4    Д. F