Урок по физике в 7 классе: "Сила трения"

Тема урока: Сила трения

Урок физики в 7 классе

Цель урока:

-  Вести понятие силы трения;

-  установить опытным путем, от каких параметров и как зависит сила трения

Образовательные цели:

- обеспечить закрепление учащимися понятия сила трения и ее особенностей;

- выяснить в ходе практической работы, от каких параметров зависит и от каких не зависит сила трения;

- учиться делать анализ и обобщение полученных результатов.

Развивающие цели:

- создавать условия для формирования и развития творческой критически мыслящей личности, развивать логическое мышление и исследовательские навыки, формировать умение самостоятельной работы, навыки культурного диалога, изложить и обосновать свою точку зрения, отстоять правоту суждений, проанализировать результат.

Воспитательные цели:

- создание обстановки коллективных сопереживаний, сотрудничества, взаимопомощи, достижение понимания того, что общая цель работы достигается за счет усилий каждого ученика;

- обеспечивать активную работу каждого, добиваясь ощущения совместного поиска, разделения успеха общего достижения.

Методы: проблемно-поисковый, исследовательский.

Тип урока: урок формирования  новых знаний

Вид урока: комбинированный урок 

Оборудование : лабораторное оборудование: деревянные бруски, грузы по 100г, поверхности из различного материала, каток, динамометры, сосуд с водой; доклады учащихся.

Ход урока

1.        Актуализация опорных знаний:

-что мы называем силой?

-какие силы вам известны?

-дать определение силе тяжести, назвать ее особенности

- дать определение весу тела, особенности этой силы

- при каких условиях возникает сила упругости; привести примеры и указать ее направление;

- какой прибор измеряет силу? Опишите его устройство.

      2. Сообщение нового материала

Эксперимент №1: перемещение бруска по опоре при помощи динамометра с постоянной      скоростью. Вводится понятие силы, которая препятствует движению тела.

Ответить на вопросы:

- почему, чтобы сдвинуть тело с места нужно приложить силу? ( водится понятие силы трения покоя)

-как вы думаете, что является причиной возникновения силы трения? ( в результате обсуждения вопроса, учащиеся приходят к выводу, что причиной  является шероховатость поверхности и межмолекулярное притяжение).

Эксперимент №2:   движение катка по поверхности опоры;  движение твердых тел в жидкости; ( вводится понятие силы трения скольжения, силы трения качения, вязкого трения).

Учитель: Сейчас мы проведем исследовательскую работу и определим,  от чего же зависит сила трения?

Класс делится на небольшие группы. Каждая группа получает бланки с описанием работы и бланки для оформления результатов эксперимента .

Группа № 1 - исследование зависимости силы трения скольжения от силы давления на поверхность;

Группа № 2 - исследование зависимости силы трения  скольжения от качества обработки поверхностей;

Группа № 3 - исследование зависимости силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей;

Группа № 4 - сравнение силы трения скольжения и силы трения качения;

Группа № 5 - исследование зависимости силы трения скольжения от площади контактирующих поверхностей.

Группа № 1

Группа № 2

Группа № 3

Группа № 4

Группа № 5

 Исследовательская работа в группах.

Ребята читают полученные бланки с описанием работы и приступают к исследовательской работе. Работа выполняется  самостоятельно. Обязанности при выполнении эксперимента учащиеся распределяют тоже сами. При проведении эксперимента учащимся необходимо заполнить свои бланки. Затем надо проанализировать полученные результаты и сделать вывод. Ребята решают, кто будет выступать от имени группы с защитой.

Отчет каждой группы о проделанной работе.

 Представитель каждой группы рассказывает, как проходил эксперимент, другой учащийся делает вывод и записывает результат в сводной таблице.

Группа №1

Вывод: Наша группа исследовала зависимость силы трения  скольжения от силы давления на поверхность. Из экспериментов видно, что, чем больше сила давления, тем сила трения больше.

Группа №2

Вывод: Наша группа исследовала , как зависит сила трения скольжения  от шероховатости поверхности. Мы пришли к выводу, что, сила трения скольжения больше там, где шероховатость поверхности больше.

Группа №3

Вывод: Мы исследовали зависимость силы трения скольжения  от рода поверхности. Определили, что сила трения скольжения  меняется при движении бруска по поверхностям из различного материала. Значит, величина силы трения скольжения зависит от рода взаимодействующих поверхностей.

Группа №4

Вывод: При движении бруска по деревянной поверхности сила трения  скольжения больше, чем при движении катка такой же массы.

Группа№5

Вывод : Мы исследовали зависимость силы трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей. Из эксперимента видно, что сила трения скольжения не изменяется с увеличением площади соприкасающихся поверхностей. Значит, она не зависит от площади поверхности.

Составляется сводная таблица, которую учащиеся записывают себе в тетрадь.

Сводная таблица.

Сообщения учащихся:

Из истории использования трения человеком

Первые исследования трения были проведены итальянским ученым Леонардо да Винчи в 1519 г. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия), направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Модель Леонардо да Винчи получила окончательную формулировку в работах Шарля Кулона в 1781г.

 Возьмём монету и потрём её о шероховатую поверхность. Мы отчётливо ощутим сопротивление – это и есть сила трения. Если тереть быстрее, монета начнёт нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется теплота – факт, известный ещё  человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые научились  добывать огонь. Впервые человек сознательно применил трение при получении огня. Для добывания огня люди брали острую деревянную палочку, упирали ее в деревянный брусок и быстро-быстро вращали. При этом благодаря трению выделялось тепло, и сухой мох, положенный в лунку вспыхивал. Многие современнее способы получения огня также связаны с трением.                                

Трение даёт нам возможность ходить, сидеть, работать без опасения, что книги и тетради упадут со стола, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а ручка выскользнет из пальцев. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, где их поставили. Маленькое трение на льду может быть успешно использовано технически. Свидетельство этому так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.

Трение – не только тормоз для движения. Это и ещё и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре цивилизации.

Трение в технике.

И в наше время борьба с изнашиванием технических устройств – важнейшая инженерная проблема, успешное решение которой позволило бы сэкономить десятки миллионов тонн стали, цветных металлов, резко сократить выпуск многих машин, запасных частей к ним.

Во многих случаях трение вредно, например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними делают смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твёрдых материалов бронзы, чугуна или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (сплавом свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения

Подшипники скольжения

Применение шариковых и роликовых подшипников основано на том, что сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при одинаковой нагрузке. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшать силу трения в 20-30 раз . Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электродвигателях, велосипедах

Трение в природе

У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается  небольшим  при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

Водяной жук - вертячка быстро перемещается на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка — лучший пловец среди водных жуков. Быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.

.

Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.

Кости животных и человека в местах их  подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой». Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. Это связано с тем, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости. Кроме того, тончайший слой этого вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная  жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.

При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила. Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных  приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.

Действие органов хватания: хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона тоже тесно связано с трением. Органы хватания имеют шероховатую поверхность для увеличения трения.

Закрепление материала

 ( в форме беседы с учащимися)

1.Для чего смычок перед игрой натирают канифолью?

2.Почему медицинские иглы полирую до зеркального блеска?

3.Почему полировка и шлифовка соприкасающихся деталей уменьшает силу трения?     Будет ли уменьшена сила трения, если поверхности деталей отполировать идеально?

 4.С какой целью швейные иголки полируют до блеска? Удобно ли шить заржавленной иголкой?

5.В вагоне поезда на столике лежат книга и мяч. Поезд тронулся с места. Что при этом произойдет с мячом и книгой?

6.У гоночных велосипедов руль низко опущен. Почему?

7.Почему живую рыбу трудно держать в руках?

Подведение итогов урока

Учащиеся анализируют свои ответы и ответы товарищей. Выставляются оценки.

Домашнее задание: П 30 – 32;

подготовить выступления о вредном и полезном действии силы трения

Литература:

Учебник физики 7 класс А.В. Перышкин, 2014

Поурочные разработки по физике С.В. Громова, Н.В. Родиной

Дидактические материалы по физике А.Е. Марон