урок - исследование по физике в 7 классе по теме: "Сила трения. Трение скольжения, качения, покоя»
методическая разработка по физике (7 класс) на тему

Анализ

Учитель

Ученики

Актуализация

Вспомним, о чем шла речь на предыдущих уроках.

Куда направлена сила тяжести и почему?  

На предыдущих уроках мы изучали силу тяжести.

Сила тяжести всегда направлена вниз. Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести.

Почему тела, брошенные горизонтально, падают на Землю?

На все тела действует сила тяжести, которая направлена к Земле, т.е. вниз.

Как зависит сила тяжести от массы тела?

Из формулы Fтяж = mg мы видим: сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. На тело большей массы действует большая сила тяжести.

Когда возникает сила упругости?

Сила упругости возникает в теле в результате его деформации и стремится вернуть его в исходное положение. Чем сильнее деформируется тело, тем больше сила упругости.

Как формулируется закон Гука?

Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела. Fупр = k∆L

Как устроен динамометр?

Динамометр - прибор для измерения силы. К деревянной дощечке со шкалой прикреплена пружина. Подвешивая грузы к пружине можно определить силу тяжести. Сила измеряется в ньютонах (Н)

Измерьте силу тяжести кольца.

Ученик измеряет силу тяжести кольца. F =2,5Н

Постановка учебной проблемы

От пройденного материала подводящий к теме диалог, побуждение к осознанию

Вы знаете понятия: «Сила тяжести», «Сила упругости», «Вес тела», научились пользоваться динамометром. Догадайтесь, о чем пойдет речь сегодня.

Демонстрационный эксперимент:

1. Вывели маятник (шарик на нити) из положения равновесия. Он совершил несколько колебаний и остановился.
   
2. Толкнули шарик на столе. Он покатился и остановился

Вы знаете, что причиной всякого изменения скорости движения является сила. Какая сила заставила эти тела остановиться?

Сила сопротивления явилась причиной изменения скорости тел. В результате действия этой силы тела остановились.

Почему мы катаемся на санках по снежной горке, а не по песчаной? Почему идем на лыжах по заснеженной дороге, а не по асфальтовой?

 По снегу санки и лыжи скользят

Как взаимодействуют полозья санок с поверхностью снежного покрова?

Происходит трение полозьев санок о поверхность снежного покрова.        

Как можно назвать силу, которая возникает между трущимися поверхностями?

Между трущимися поверхностями возникает сила трения

Назовите виды трения в каждом случае:

Как называется сила трения, которая возникает тогда,  когда одно тело катится по поверхности другого (демонстрирует шарик, который катится по поверхности стола)?

Сила трения качения  возникает при перекатывании одного тела по поверхности другого.  

 Как называется сила трения, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого (демонстрирует скользящий брусок по поверхности гладкой поверхности)?

При скольжении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения.

Представим ситуацию: вы пытаетесь передвинуть тяжелый шкаф, прикладывая значительное усилие, но он остается в покое. Догадайтесь, как называется сила трения, способствующая  шкафу оставаться в покое?

Эту силу можно назвать силой трения покоя. Она существует между покоящимися друг относительно друга телами.

Какая будет тема сегодняшнего урока?

Сила трения. Трение скольжения, качения, покоя

Поиск решения

Подводящие к знаниям эксперименты, групповая работа по карточкам - заданиям

Вам предстоит исследовать силы трения экспериментально. Каждая группа учеников получает карточку-задание, проводит эксперимент, изучает природу сил трения, причины их возникновения,  анализирует полученный результат. (Прослеживается дифференцированный подход).

1я группа выполняет задание 1.

Задание 1. Оборудование: набор грузов, динамометр, блок, деревянный брусок массой 200г, кусочек пластилина.

Цель: исследовать силу трения покоя.

Ход работы.

1.Соберите  установку по рисунку, подвесив груз массой 100г. Убедитесь в том, что под действием силы тяжести 1Н деревянный брусок  покоится.

2.Подвесьте второй груз к первому. Запишите в тетрадь, что происходит с деревянным бруском.  

3. Прикрепите кусочек пластилина ко второму грузу. Запишите в тетрадь, что происходит с деревянным бруском.

Перечертите схему установки, изобразите все силы действующие на деревянный брусок. Сформулируйте вывод о том, когда начинает скользить брусок.

4. На деревянный брусок поместите один груз, тем самым увеличив силу давления бруска. Что нужно сделать, чтобы брусок вновь стал скользить?  Сделайте вывод о зависимости силы, приложенной к бруску и  силе давления. Сформулируйте вывод о зависимости силы трения покоя от давления бруска.

Вывод: Брусок начинает скользить под действием силы превышающей хоть немного силу трения покоя. Существует максимальная сила трения покоя, которая мешает сдвинуть брусок.

Что произошло, когда на брусок поставили 1 груз? Что надо сделать, чтобы брусок начал скользить?

При увеличении силы давления, поставив на брусок 1 груз, увеличивается сила трения покоя и для того, чтобы деревянный брусок начал скользить, сила,  действующая на брусок,  должна быть увеличена во столько же раз.

Чему равна максимальная сила трения покоя?    (Сравните с силой трения скольжения)

 Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения

Как направлена сила трения покоя?

Сила трения покоя направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения.

Главная особенность силы трения покоя состоит в том, что она равна силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения, но направлена противоположно. Сила трения покоя увеличивается при увеличении силы действующей на тело. Существует максимальная сила трения покоя, которая мешает сдвинуть тело, например, сдвинуть деревянный брусок

2я группа выполняет задание 2.

Задание 2.

Оборудование: набор грузов, динамометр, деревянный брусок массой 100г, поверхности различной обработки, стакан с водой.

Цель: исследовать силу трения скольжения.

1.Положите деревянный брусок на хорошо отполированную  поверхность, прикрепите к нему динамометр. Измерьте силу трения скольжения, плавно перемещая брусок.

2. Поставьте на деревянный брусок один груз массой 100г, тем самым увеличив массу бруска,  измерьте силу трения скольжения по этой же поверхности. Сравните результаты, сделайте вывод.

3. Измерьте силу трения скольжения еще раз, расположив брусок меньшей гранью на той же поверхности. Сделайте вывод.

4. Расположите деревянный брусок на более шероховатой поверхности и измерьте силу трения скольжения. Сопоставьте результаты и сделайте вывод.

5.Намочите поверхность,  используемую в первом эксперименте,  и вновь измерьте силу трения скольжения. Сравните результат с первым результатом. Сделайте вывод.  Ответьте на вопрос: когда возникает сила трения скольжения, какое имеет направление?

2я группа делает вывод:

Сила трения скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого,  она имеет противоположное направление и зависит от массы тела. Сила трения скольжения увеличивается  с увеличением массы тела.

Зависит ли сила трения скольжения  от рода трущихся поверхностей и от площади?

Сила трения скольжения зависит от рода трущихся поверхностей, более шероховатая поверхность вызывает большую силу трения скольжения и не зависит от площади соприкосновения. Сила трения скольжения уменьшается при смачивании поверхностей трущихся поверхностей  

3я группа выполняет задание3.

Задание 3.

Оборудование: набор грузов, динамометр, деревянный брусок массой 100г, два круглых стержня, два одинаковых металлических шарика, песок, хорошо  отполированная твердая поверхность, наклонная плоскость, колесо от детской машинки с ярко обозначенной точкой на ней.

Цель: исследовать силу трения качения.

1.Положите деревянный брусок на хорошо отполированную  поверхность, прикрепите к нему динамометр. Измерьте силу трения скольжения, плавно перемещая брусок.

2.Поставьте этот же брусок на два горизонтальных стержня и измерьте силу трения качения. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.

3. Приведите в движение два одинаковых металлических шарика с одинакового уровня наклонной плоскости так, чтобы один шарик, скатившись с нее, прокатился по твердой поверхности,  а другой – по песчаной поверхности. Сравните пути движения, сделайте выводы.

Выводы: Сила трения качения возникает при перекатывании тел друг по другу. Ее величина гораздо меньше величины трения скольжения при прочих равных условиях. Шарик вдавливается в мягкую песчаную поверхность, поэтому сила трения качения  увеличивается. На  твердой гладкой поверхности сила трения качения меньше. Чем тверже поверхность, тем меньше сила трения качения.

Какое направление имеет сила трения качения (используйте колесо от детской машинки с ярко обозначенной точкой на ней).

Пронаблюдав за катящимся колесом, увидели, что ярко обозначенная точка на ободе колеса перемещается назад. Следовательно, сила сопротивления (сила трения качения) направлена в сторону движения автомобиля.

4я группа выполняет задание 4.

Задание 4.

Оборудование: Деревянный брусок, хорошо отполированная поверхность, две стеклянные пластины.

Цель: Сравнить силы трения между деревянным бруском и хорошо отполированной поверхностью  и между двумя стеклянными пластинами.

1.Не измеряя силы трения между деревянным бруском и хорошо отполированной поверхностью и между двумя стеклянными пластинами, выяснить в каком случае сила трения скольжения больше и почему.

2.Сделайте вывод.

Вывод: сила трения между двумя стеклянными пластинами  больше чем сила трения между деревянным бруском и хорошо отполированной поверхностью,  видимо,  потому что две поверхности стекла располагаются так близко друг к другу, что начинают действовать силы притяжения между молекулами. Причиной  возникновения силы трения является межмолекулярное притяжение.

5я группа выполняет задание 5.

Задание 5.

Оборудование: небольшой сосуд с водой, небольшой сосуд с вязкой жидкостью, три тела из пенопласта одинакового сечения, но разной формы (в виде шайбы, шарообразная форма, обтекаемая форма), два шарика из пенопласта разного размера, две полоски бумаги.

Цель: исследовать жидкостное трение

1.Поместите шарик из пенопласта на поверхность воды,  приведите его в движение легким прикосновением полоски бумаги. Что можно сказать о силе трения покоя в жидкости.

2. Приведите в движение шарик на поверхности воды легким прикосновением полоски бумаги сначала с малой скоростью, затем скорость движения шарика увеличьте. Сравните результаты и сделайте вывод.

3. Поместите шарик из пенопласта на поверхность вязкой жидкости,  приведите его в движение легким прикосновением полоски бумаги. Сравните  приложенные силы, сделайте вывод.

4.Легким прикосновением  полосок бумаги приведите в движение с одинаковыми скоростями одновременно два шарика разного размера. Проанализируйте результат и сделайте вывод.

5.Приведите в движение с помощью бумажных полосок тела из пенопласта различной формы. Сделайте вывод.

Вывод: При движении тела в жидкости возникает сила сопротивления, которую можно назвать силой жидкостного трения. Сила трения покоя не возникает. Приводя в движение шарик с разной скоростью  на поверхности воды при помощи бумажной полоски, увидели, что сила трения зависит от скорости движения тела. Скорость движения увеличивается, увеличивается и сила трения. Сила трения зависит от рода среды, в вязкой жидкости  она будет больше, чем в воде. Сила трения в жидкости зависит от формы и размеров тел. Большее тело встретит большее сопротивление. Меньшее сопротивление действует на тело обтекаемой формы.

Закрепление изученного материала

Жидкостное (вязкое) трение возникает при взаимодействии тел, разделенных слоем твердого тела (например, порошком графита), жидкости или газа. Величина жидкостного трения характеризуется вязкостью среды. Например, между лезвием конька и льдом образуется прослойка воды. Как можно уменьшить или увеличить силу трения?

Сила трения уменьшится, если силу трения скольжения заменить силой трения качения, использовать смазку, применять гладкую поверхность.  Для уменьшения силы сопротивления используют обтекаемую форму, например, самолеты и скоростные машины имеют обтекаемую форму.

Сила трения увеличится, если увеличить шероховатость поверхности, увеличить силу давления на поверхность.

Обсудим результаты ваших исследований.

Какое трение существует в природе?

Почему жидкостное трение называют вязким?

Существует сухое и жидкостное трение (вязкое) трение.

Жидкостное трение зависит от вязкости прослойки между взаимодействующими поверхностями, например, смазка трущихся деталей.

Какие виды сухого трения вам известны?

Нам известны виды сухого трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

Учитель записывает на доске

Ученики записывают в тетради

Сила трения

Трение качения                       Трение скольжения                       Трение покоя

Какую роль играет сила трения покоя?

Благодаря этой силе все тела могут находиться в покое.

Как зависит сила трения покоя от давления ?

При увеличении силы давления (массы) увеличивается сила трения покоя и для того, чтобы деревянный брусок начал скользить сила,  действующая на брусок,  должна быть увеличена во столько же раз. Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.

Как направлена сила трения покоя? Покажите на рисунке направление силы трения покоя при возникновении силы, стремящейся привести его в движение.

Сила трения покоя направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения.          

       Fтр. покоя                                     F

Сравните величины этих сил в случаях: под действием приложенной силы тело остается в покое; под действием приложенной силы тело приходит в движение.

 Сила трения покоя равна приложенной силе. Сила трения покоя увеличивается при увеличении силы действующей на тело. Существует максимальная сила трения покоя, которая мешает сдвинуть тело, например, сдвинуть деревянный брусок. Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения. Брусок начинает скользить под действием силы превышающей хоть немного силу трения покоя

Когда возникает и какое имеет направление сила трения скольжения?

 Сила трения скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого,  она имеет противоположное направление движению.

                    Fтр                                                           F

От чего зависит сила трения скольжения?

Сила трения скольжения зависит от массы тела, она увеличивается  с увеличением массы тела. Сила трения скольжения зависит от рода трущихся поверхностей, более шероховатая поверхность вызывает большую силу трения скольжения и не зависит от площади трущихся поверхностей. Сила трения скольжения уменьшается при смачивании трущихся поверхностей.

Что выгоднее: качение или скольжение? Почему?

Качение выгоднее скольжения т.к. требует затраты меньшей силы. Сила трения качения возникает при перекатывании тел друг по другу. Ее величина гораздо меньше величины трения скольжения при прочих равных условиях.

Какой опыт демонстрирует зависимость трения качения от поверхности, по которой перекатывается тело?

Один шарик прокатился по твердой поверхности,  а другой – по песчаной поверхности. Сравнили  пути движения и увидели, что второй шарик вдавливается в мягкую песчаную поверхность, поэтому сила трения качения  увеличивается, пройденный путь меньше. На  твердой гладкой поверхности сила трения качения меньше, пройденный путь больше. Чем тверже поверхность, тем меньше сила трения качения.

Покажите на рисунке направление силы трения качения. Поясните.

Пронаблюдав за катящимся колесом, увидели, что ярко обозначенная точка на ободе колеса перемещается назад. Сила сопротивления (сила трения качения) имеет противоположное направление, следовательно, она направлена в сторону движения автомобиля.

                                      Fтрения качения

Что является причиной возникновения силы трения между хорошо отполированными поверхностями, например, стеклянными?

Две стеклянные поверхности располагаются так близко друг к другу, что начинают действовать силы притяжения между молекулами. Причиной  возникновения силы трения является межмолекулярное притяжение.

Когда возникает жидкостное трение?

При движении тела в жидкости (газе) возникает сила сопротивления, которую можно назвать силой жидкостного трения

Что можно сказать о существовании трения покоя в жидкости или газе?

 Сила трения покоя в жидкости (газе) не существует. На опыте увидели: незначительная сила приводит в движение шарик из пенопласта.

Перечислите факторы, влияющие на жидкостное трение.

Сила трения зависит от скорости движения тела. Скорость движения увеличивается, увеличивается и сила трения. Сила трения зависит от рода среды, в вязкой жидкости  она будет больше, чем в воде. Сила трения в жидкости зависит от формы и размеров тел. Большее тело встретит большее сопротивление. Меньшее сопротивление действует на тело обтекаемой формы. В этом мы убедились в ходе эксперимента, приводя в движение тела из пенопласта с помощью бумажной полоски.

Физминутка.

Посмотрите презентацию о силе трения, определите, в каких случаях трение приносит пользу и вред.

Просмотр презентации «Сила трения в природе и технике»

Вам известно, что во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. В природе и технике трение имеет большое значение. Трение может быть вредным и полезным. Приведите примеры силы трения, которая приносит вред и пользу

Заполните таблицу.

Заполняют таблицу

Вредная сила трения

Полезная сила трения

Изнашиваются трущиеся детали

Без трения не могли бы

передвигаться люди, животные

 и машины

Затрудняет передвижение тяжелых предметов.

Способствует любому движению

Большой расход энергии тратится на преодоление сил трения

Способствует прекращению

любого движения

Какая сила удерживает гвоздь, забитый в доску?

Трение покоя удерживает гвоздь, забитый в доску.

Почему звучит струна скрипки?

Струна скрипки звучит потому, что между смычком и струной возникает сила трения скольжения

Почему  живую рыбу трудно удержать в руках?

Рыба выскальзывает из рук потому, что маленькая сила трения.

Для чего зимой посыпают песком скользкие дорожки?

Скользкие дорожки посыпают песком для того, чтобы увеличить  трение.

Итог

Выводы

Какой была тема урока?

Сила трения. Трение скольжения, качения, покоя

По какому плану мы работали?

Сначала, выяснили тему урока. Затем работали в группах по карточкам  с дифференцированными заданиями. Проводили эксперименты. Открыли для себя новые знания. Сделали выводы.

Делаем с ребятами вывод о проведенных исследованиях.

 Ещё раз назовите  причины возникновения сил трения?

Одной из причин возникновения силы трения является шероховатость соприкасающихся поверхностей.

Другая причина трения - взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей.

Перечислите факторы, влияющие на величину силы трения

На величину силы трения влияют: скорость взаимного перемещения, увеличение силы давления, шероховатость трущихся поверхностей,  и т. д.

Определите силы трения в каждом случае

(примените полученные знания на практике)

Рассматривают приемы измерения сил трения в различных ситуациях (движение деревянного бруска по поверхности стола, качение колеса и т.д.) Обобщают основные понятия сухого и жидкостного трения

Учитель подводит итог урока. Выставляет оценки. Комментирует домашнее задание (дифференцированный подход).

1.Объяснить, почему  колесо считают гениальным изобретением.

2.Домашний эксперимент. Два тетрадных листа бумаги одновременно  падают с одинаковой высоты. Как получить разное время падения?

§ 30-32

Записывают домашнее задание.

Рефлексия:

1. Сегодня на уроке мне понравилось …
   
2. Я знаю, что …
   
3. Я уверен …