План урока по физике на тему «Сила трения»

Подготовили для учителей физики план урока по теме «Сила трения».

Цели урока:

1. Дать определение трению и выяснить природу его возникновения.
2. Вспомнить формулировку третьего закона Ньютона.
3. Дать определение силы трения.
4. Изучить причины и виды трения.
5. Выявить природу силы трения.
6. Экспериментально установить, от чего зависит сила трения.
7. Приобрести навыки для решения динамических задач с силой трения.

Содержание:

1. Изучение нового материала
2. Закрепление материала (решение задач)
3. Эксперимент
4. Подведение итогов урока

Учите школьников и получайте
от 40 до 100 000 рублей в месяц!

Приглашаем учителей физики
с высшим образованием (или студентов последнего курса) и опытом подготовки
к выпускным экзаменам

Начать преподавать

1. Изучение нового материала

Определение

Трение — это один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел, движущихся (или пытающихся двигаться) одно относительно другого. Как и все другие взаимодействия, трение подчиняется третьему закону Ньютона.

Сила трения имеет такую же природу, что и сила упругости. 

Дело в том, что сила трения и сила упругости возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел. Сила трения при этом напрямую зависит от наличия неровностей и шероховатостей у поверхностей соприкасающихся тел. Идеально гладких и ровных поверхностей не существует. Поэтому при движении одной поверхности вдоль другой, выпуклости первой будут натыкаться на выпуклости другой, проваливаться в вогнутости и снова упираться в выпуклости.

Атомы и молекулы соприкасающихся тел оказываются настолько близко друг другу, что можно говорить об электрических взаимодействиях между отрицательными и положительными ионами, электронами и ядрами атомов. При движении электрических частиц возникает еще и магнитное взаимодействие. Поэтому природа возникновения трения — электромагнитная, а сила трения относится к семейству электромагнитных сил.

Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону. Два главных вида силы трения — это сила трения покоя и сила трения скольжения.

Рассмотрим тело, лежащее на горизонтальной поверхности.

На тело действуют: сила тяжести (направленная вертикально вниз) и сила нормальной реакции опоры (направленная вертикально вверх).

Представим, что на тело начали действовать с силой , направленной горизонтально параллельно поверхности. Тело некоторое время будет оставаться в состоянии покоя. Это связано с тем, что одновременно с прикладываемой силой F возникнет равная ей по величине сила трения покоя , направленная в противоположную сторону.

Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения .

Если прикладываемая сила станет равной этому максимальному значению, то произойдет взаимное проскальзывание тел. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения.

Формулы

Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры: .

Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения — безразмерная величина. Он зависит от материалов соприкасающихся поверхностей и от качества обработки их поверхностей. Конечно, можно попробовать собрать такие таблицы, в которых бы были указаны материалы и коэффициенты трения между ними, например: металл и стекло, асфальт и дерево. Но все же это будет не совсем достоверная информация, и в каждом конкретном случае следует определять коэффициент трения экспериментально.

Как теперь объяснить физический смысл коэффициента трения? На самом деле просто. Вспомним про тело, которое лежало на горизонтальной поверхности в начале урока. Это тело действовало на горизонтальную опору силой веса P, а опора действовала на тело силой нормальной реакции опоры . При равномерном скольжении тела по горизонтальной поверхности под действием силы , на тело действует максимальная сила трения 

Исходя из этой формулы, становится понятно, что коэффициент трения показывает, во сколько раз данное тело по данной поверхности легче тянуть, чем просто поднять:

Закон Кулона-Амонтона. Сила трения покоя не может превышать максимального значения . Если внешняя сила F больше возникает относительное проскальзывание. В этом случае силу трения называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и (строго говоря) зависит от относительной скорости тел. Однако во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать не зависящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя.

Рассмотрим роль силы трения в динамических задачах.

Вам могут пригодиться и другие планы уроков по физике:

Урок физики: Колебания (план урока для 9 класса)

Урок физики: Магнитное поле (9 класс)

Давление газа — план урока физики для 7 класса

Сила: единицы силы и их измерение (план урока по физике для 7 классов)

Как стать преподавателем физики в Skyeng за 4 шага

Какие направления по физике есть в Skyeng?

2. Закрепление материала (решение задач)

Задача 1

На шероховатой наклонной плоскости покоится брусок массой m. Угол наклона плоскости к горизонту равен а. Коэффициент трения бруска о наклонную плоскость равен . Чему равна величина сила трения, действующая на брусок? Укажите все силы, действующие на брусок. Определите, чему равны сила трения и сила нормальной реакции опоры. 

Решение

Правильное расположение сил, действующих на брусок такое:

1. Сила тяжести направлена вертикально вниз и приложена к центру тяжести бруска.
2. Сила трения покоя направлена вдоль наклонной поверхности вверх.
3. Сила нормальной реакции опоры направлена перпендикулярно поклонной поверхности. Ее точка приложения расположена в месте пересечения линии действия силы трения и лини действия силы тяжести (по теореме о трех непараллельных).

Это абсолютно правильное расположение сил, но в задачах динамики тело, движение которого исследуется, можно считать материальной точкой. Поэтому расположение сил удобно сделать другим, а именно: все силы выходят из одной точки.

Теперь силы рисуются таким образом, чтобы их векторная сумма была равна нулю. И это легко проверить, проводя линии действия сил и достраивая параллелограмм на векторах силы тяжести и силе нормальной реакции опоры.

Теперь, заметив два подобных треугольника (зеленый и красный), записываем: N=mg cos cos а, F_тр=mg sin sin а.

Задача 2

На шероховатой наклонной плоскости вниз скользит брусок массой m. Угол наклона плоскости к горизонту равен а. Коэффициент трения бруска о наклонную плоскость равен . Чему равна величина сила трения, действующая на брусок?

Подсказка к решению

Теперь мы имеем не силу трения покоя, которая была равна в предыдущей задаче равнодействующей силы тяжести и силы нормальной реакции опоры, а силу трения скольжения, которая по закону Кулона-Амонтона равна F_{тр max}=μ∙N . С учетом того, что из подобия тех же самых треугольников N=mg cos cos а, получим выражение силы трения скольжения:

Сколько платят в Skyeng преподавателю физики?

Из чего складывается доход учителей, рассказываем в специальной статье.

Подробнее

3. Эксперимент

Проведем эксперимент по определению коэффициента трения между двумя поверхностями.

Оборудование:

1. деревянная линейка;
2. брусок с крючком;
3. два цилиндрических грузика массой 50 гр каждый;
4. школьный динамометр.

Ход эксперимента:

1. Возьмем два грузика и определим их общий вес P.
2. Положим линейку на стол, а брусок на край линейки. 
3. Установим два груза на брусок.
4. Прикрепим динамометр к бруску и начнем тянуть брусок за динамометр так, чтобы брусок двигался равномерно. Запишем показания динамометра F .
5. Определим коэффициент трения по формуле .

Объяснение эксперимента:

Очень важно в ходе эксперимента обеспечить равномерное скольжение бруска по линейке. Этого можно добиться, если нагрузить брусок грузиками. Иначе движения бруска получаются прерывистыми, и равномерность движения не обеспечивается.

Равномерность движения важна по той причине, что при равномерном движении можно говорить о выполнении первого закона Ньютона, то есть о том, что сумма всех сил, действующих на брусок, будет равна нулю. Особенно нас интересует, чтобы равными были сила трения F_{тр max} и сила, прикладываемая к динамометру F.

4. Подведение итогов урока

1. Сила трения бывает двух (на самом деле трех) видов – сила трения покоя и сила трения скольжения (силу трения качения мы сейчас не рассматривали). Это два основных вида!
2. Эти силы связываются законом Кулона-Амонтона.
3. Сформулировали физический смысл коэффициента трения, выяснили, от чего зависит сила трения и какова ее природа.
4. Рассмотрели два типа динамических задач с силой трения.

Советуем преподавателям физики заглянуть и в эти статьи:

Как интересно провести урок физики: ВАУ-опыты для учеников

Как легко объяснить сложную тему по физике

Топ-5 простых опытов для онлайн-урока физики (7–9 класс)

Урок физики на тему «Давление»