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
kk Skyteach

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.

Третий закон Ньютона. Сила, действующая со стороны одного тела на другое, равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей со стороны второго тела на первое. Эти силы направлены вдоль прямой, соединяющей точки их приложения, и всегда имеют одну и ту же физическую природу.

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

Вопрос: Сколько различных видов сил по природе известно на сегодняшний день?
Ответ: 4 вида сил. Сильные и слабые ядерные силы, гравитационные и электромагнитные.

Вопрос: К какому виду сил относятся сила трения и сила упругости?
Ответ: Конечно, не к гравитационным, следовательно — к электромагнитным.

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.

План урока по физике на тему «Сила трения»
Возникновение равных по величине и противоположных по направлению микросил упругости, складывающихся затем в общую силу трения.

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.

Мы будем рассматривать только сухое трение.

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.

План урока по физике на тему «Сила трения»

На тело действуют: сила тяжести formula 1 1 Skyteach (направленная вертикально вниз) и сила нормальной реакции опоры formula 2 1 Skyteach (направленная вертикально вверх).

Представим, что на тело начали действовать с силой formula 3 1 Skyteach, 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 formula 4 1 Skyteach, направленная в противоположную сторону.

План урока по физике на тему «Сила трения»

Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения formula 5 1 Skyteach.

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

Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач.

Формулы

Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры: formula 6 1 Skyteach.

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 formula 2 1 Skyteach. При равномерном скольжении тела по горизонтальной поверхности под действием силы formula 3 1 Skyteach , на тело действует максимальная сила трения formula 6 1 Skyteach

Исходя из этой формулы, становится понятно, что коэффициент трения formula 6 Skyteachпоказывает, во сколько раз данное тело по данной поверхности легче тянуть, чем просто поднять:

formula 7 1 Skyteach

Сила трения покоя и сила трения скольжения объединены в один закон.

Закон Кулона-Амонтона. Сила трения покоя не может превышать максимального значения formula 5 1 Skyteach. Если внешняя сила F больше formula 5 1 Skyteach 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.

formula 8 1 Skyteach

Рассмотрим роль силы трения в динамических задачах.

Вам могут пригодиться и другие планы уроков по физике:

2. Закрепление материала (решение задач)

Задача 1

План урока по физике на тему «Сила трения»

На шероховатой наклонной плоскости покоится брусок массой m. Угол наклона плоскости к горизонту равен а. Коэффициент трения бруска о наклонную плоскость равен formula 6 Skyteach. 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 formula 9 1 Skyteach направлена вертикально вниз и приложена к центру тяжести бруска.
  2. Сила трения покоя formula 4 1 Skyteach направлена вдоль наклонной поверхности вверх.
  3. Сила нормальной реакции опоры formula 2 1 Skyteach 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).
План урока по физике на тему «Сила трения»

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.

План урока по физике на тему «Сила трения»

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.

План урока по физике на тему «Сила трения»

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

План урока по физике на тему «Сила трения»

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 formula 6 Skyteach. 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 Fтр max=μ∙N . С учетом того, что из подобия тех же самых треугольников N=mg cos cos а, получим выражение силы трения скольжения:

formula 10 1 Skyteach

Сколько платят в Skyeng преподавателю физики?

Из чего складывается доход учителей, рассказываем в специальной статье.

Подробнее
lyudi ch.1 61 Skyteach

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 formula 11 1 Skyteach.

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 Fтр max и сила, прикладываемая к динамометру F.

Вывод. Коэффициент трения показывает, во сколько раз данное тело по данной поверхности легче тянуть, чем просто поднять.

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:

Какие еще материалы для уроков физики вам нужны? Напишите в комментариях!
Добавить в закладки
Поделиться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

×