Оборудование: игрушечный автомобиль, кусок материи, два небольших листа стекла, брусок с нитью, динамометр.
Ход урока.
I. Актуализация.
Перед изучением темы провожу актуализацию знаний учащихся, приобретенных ими ранее. С этой целью задаю учащимся вопросы, требующие активной работы мысли и простого воспроизведения имеющихся знаний.
1. Каково внутреннее строение тел?
2. Расскажите о явлении инерции.
3. Расскажите, что такое сила и о ее графическом изображении.
4. Что называется равнодействующей сил, о взаимодействии тел.
II. Изучение новых понятий и способов действия.
Изучение темы начинаю с выдвижения проблемы: демонстрирую опыт: приводится в движение игрушечный автомобиль. С течением времени его движение прекращается. Почему же останавливается автомобиль? Слушаю ответы учащихся. Учащиеся могут высказывать и ошибочные предположения: на автомобиль действует сила тяжести, направленная вниз; на него действует сила упругости, направленная вертикально вверх и др.
Привожу другие примеры:
а) санки, скатившись с горы, по инерции скользят по горизонтальному пути;
б) мальчик, разбежавшись, скользит на коньках по льду. Они не движутся равномерно, скорость их постепенно уменьшается. Почему?
После этих вопросов учащиеся высказывают мнение, что здесь (в этих примерах) должна существовать сила трения.
После этого объявляю тему урока и ставлю следующую проблему: в чем причина существования силы трения?
Обсуждаем предположения учащихся. Не дожидаясь полного ответа (в случае, когда учащиеся догадываются о причине существования трения—шероховатость поверхностей, демонстрацией опытов подтверждаем это мнение), демонстрирую опыты.
Демонстрирую движение шарика по материи, на столе, затем по стеклу. Движение шарика по шероховатой поверхности материи прекращается гораздо быстрее, чем по стеклу. Учащиеся делают вывод: причина существования трения - шероховатость поверхностей.
Задаю вопрос: «Что вы предлагаете для уменьшения трения?» Ответ учащихся: «Хорошо обработать поверхности тел, сделать их гладкими».
Вызываю одного ученика и предлагаю ему передвигать стекло по стеклу.
Почему же трудно передвигать стекло по стеклу, хотя их поверхности очень гладкие? Таким образом, создается новая проблемная ситуация урока.
Учащиеся высказывают различные предположения о существовании какой-то другой причины возникновения силы трения. Но какой? предлагаю еще раз вспомнить об основных положениях теории молекулярного строения вещества.
На основе имеющихся знаний проблема решается учащимися: причина существования трения в этом случае - взаимное притяжение молекул.
Даю определение силы трения, обобщаю причины существования силы трения. Напоминаю, что если действие всех сил на тело уравновешено, то тело движется равномерно и прямолинейно. Поэтому если мы будем равномерно тянуть брусок по доске за нить, то на него будет действовать сила упругости нити и сила трения. Привожу примеры сил трения покоя, скольжения и качения. Читаем отрывок из истории применения трения и качения: «В Петербурге строили памятник Петру I. Для пьедестала памятника в окрестностях Петербурга был найден огромный камень весом около 1600 т. Как перевезли такой тяжелый груз?
Под скалу подвезли полозья – два длинных бревна. В каждом из них внизу во всю длину был выдолблен полукруглый канал. Под эти полозья подкладывались такие же бревна, только выдолбленные сверху. Между полозьями и нижними бревнами получились два канала круглого сечения. В них вложили по 15 бронзовых шаров. И камень покатился».
Учащиеся догадываются, что одна поверхность передвигалась по другой, а скольжения при этом не было, то есть трение скольжения заменено трением качения. Сообщаю учащимся, что это было прототипом первого шарикового подшипника. А в 1896 году было сделано изобретение, совершившее настоящий переворот в технике: придумали подшипник качения, или шариковый подшипник.
Ставлю следующий проблемный вопрос, позволяющий выяснить физические основы приемов уменьшения и увеличения силы трения скольжения: требуется перета-щить по полу тяжелый брус прямоугольной формы. Как его легче тянуть: поставив на ребро или положив плашмя?
Ученики включаются в дискуссию. Одни говорят, что брус надо поставить на ребро, так как в этом случае меньше площадь соприкосновения, соприкасается меньше неровностей. Другие утверждают, что брусок лучше положить плашмя, тогда соприкосновение между частицами будет слабее, так как в этом случае давление будет меньше. Некоторые предполагают, что в обоих случаях сила трения и скольжения будет одинакова.
Проблема решается демонстрационным экспериментом. Беру брус с привязанной к нему нитью, ставлю его на деревянную линейку. Равномерно тяну брус с помощью динамометра. Следим за показаниями динамометра. Меняю положение бруса. Повторяю опыт. Следим за показаниями динамометра. Вывод: сила трения скольжения от площади соприкосновения не зависит.
Возникает новая проблема: от чего могла бы зависеть сила трения? Новые предположения учащихся, которые записываем на доске: от веса тела, от площади опоры, от давления, от нагрузки, от скорости перемещения, от материала, из которого состоят трущиеся тела, от обработки поверхности, от смазки.
Сообщаю, что одновременно установить влияние на силу трения всех факторов, записанных на доске, невозможно. Составляем совместно с учащимися план проверки предположений в отдельности фронтальными опытами.
В результате опытов получили ряд новых закономерностей:
а) сила трения зависит от обработки поверхностей и от смазки;
б) сила трения зависит от рода трущихся поверхностей;
в) сила трения зависит от силы, прижимающей тело к поверхности;
г) сила трения не зависит от скорости перемещения трущихся тел (для не очень больших скоростей);
д) сила трения не зависит от площади соприкосновения трущихся поверхностей.
III. Формирование умений и навыков.
Для закрепления изученного предлагаю качественные проблемные задачи:
1. Всегда ли сила трения скольжения больше трения качения? (Ответ:, трение каче-ния мало, если каток и поверхность, по которой он катится, деформируются незначительно. Если же деформация значительна (рыхлая земля, песок, снег), то сила трения качения может оказаться больше силы трения скольжения (по снегу санки тянуть легче, чем телегу).
2. В ясный, солнечный день по лесу мчался поезд. Машинист стоял у окна и внимательно смотрел на дорогу. Вдруг в густой тени деревьев машинист заметил какую-то темную полосу, пересекавшую железнодорожное полотно. Через несколько мгновений машинист рассмотрел, что это упавшее на путь дерево. До дерева оставались считанные сотни метров. Машинист быстро включил тормоза. Поезд замедлил ход, однако расстояние до дерева оставалось все меньше и меньше. «Давай задний ход!»-закричал кочегар. Но машинист не послушался. Поезд шел все тише и тише и, наконец остановился. Правильно ли поступил машинист, не дав паровозу обратный ход? Ответ: если паровозу дать обратный ход, то колеса его начнут скользить по рельсам и сила трения между ними сразу уменьшится. Чем сильнее прижимаются к колесу тормозные колодки, тем быстрее замедляется вращение колес и тем быстрее останавливается поезд. Максимальное трение между колесом и рельсом будет тогда, когда оно еще не проскальзывает по рельсу, но малейшее увеличение тормозящего момента вызывает проскальзывание.
3. Из какой стопки книг, большой или малой, легче вытащить нижнюю книгу? Почему? Ваше утверждение проверьте на опыте.
IV. Задание на дом:
V. Итог урока.
Обобщаю то, что узнали нового на уроке.
VI. Оценка знаний.