Сила трения. Решение задач по теме «Сила трения»
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться выбирать формулу силы трения, определять направление силы, решать не менее трёх расчётных задач и проверять результат по физическому смыслу и единицам измерения.
- Закрепить знания о причинах возникновения трения, видах трения и зависимости силы трения скольжения от силы нормальной реакции.
- Научиться изображать силы на схеме, составлять краткую запись условия и применять формулу $F_тр = μN$ в задачах формата ОГЭ.
- Развивать умение анализировать условие, выбирать способ решения, выполнять самопроверку и исправлять ошибки по эталону.
- Формировать ответственное отношение к безопасности движения и понимание практической роли трения в технике и быту.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую значимость знаний о трении для объяснения работы транспорта, механизмов и спортивного инвентаря.
- Проявляют готовность спокойно разбирать ошибки и воспринимать задания формата ОГЭ как тренировочную ситуацию, а не как источник тревоги.
- Понимают значение точности, аккуратности и соблюдения правил безопасности при работе с физическими моделями и приборами.
- Проявляют интерес к применению физики в профессиях, связанных с техникой, транспортом и инженерией.
Метапредметные
- Извлекают данные из текста задачи, схемы и таблицы коэффициентов трения.
- Планируют решение по алгоритму: модель ситуации — силы — формула — вычисления — проверка.
- Сравнивают способы увеличения и уменьшения трения и аргументируют выбор.
- Работают в паре, задают уточняющие вопросы и формулируют физическое объяснение результата.
- Используют единицы СИ и выполняют смысловую проверку полученного ответа.
Предметные
- Знать определение силы трения, виды трения и направление силы трения.
- Знать формулу силы трения скольжения $F_тр = μN$ и смысл величин $μ$ и $N$.
- Уметь определять силу нормальной реакции опоры на горизонтальной поверхности: $N = mg$.
- Уметь решать задачи на нахождение силы трения, коэффициента трения, массы и силы реакции опоры.
- Уметь строить схему сил и объяснять влияние трения на движение тела.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную цель работы: научиться уверенно решать задачи на силу трения.
- Связывают изучаемое понятие с безопасностью движения, трудом инженеров и повседневным опытом.
- Осознают ценность настойчивости при поиске и исправлении ошибки.
- Оценивают собственную готовность к выполнению аналогичного задания ОГЭ.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и составляют план решения расчётной задачи.
- Контролируют единицы измерения, знаки и направление сил.
- Сверяют решение с эталоном, находят расхождение и корректируют вычисления.
- Оценивают уровень освоения алгоритма по листу самооценки.
Познавательные УУД
- Выделяют известные и неизвестные величины в условии.
- Строят модель взаимодействия тела с опорой и изображают силы.
- Устанавливают связь между массой, реакцией опоры, коэффициентом трения и силой трения.
- Анализируют правдоподобие ответа и объясняют зависимость силы трения от условий задачи.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: читающий условие, оформляющий схему, проверяющий вычисления.
- Формулируют ответ полным предложением с физическим объяснением.
- Задают вопросы о выборе формулы и аргументируют собственный способ решения.
- Корректно обсуждают ошибку партнёра и предлагают способ её исправления.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрационный брусок с крючком, динамометр, несколько грузов и горизонтальную поверхность с заменяемыми покрытиями.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: базовые — по одной на каждого ученика, повышающие — по одной на пару, дополнительные — 5 экземпляров.
- Подготовить лист самооценки на каждого ученика с пунктами «строю схему», «выбираю формулу», «проверяю ответ».
- Вывести на доску или экран алгоритм решения: дано — схема сил — формула — вычисления — ответ — проверка.
- Подготовить таблицу примерных коэффициентов трения для дерева, резины и металла по одной на парту.
- Записать на отдельном листе эталоны решений для трёх задач и критерии оценивания самостоятельной работы.
- Проверить наличие у учащихся тетрадей, калькуляторов по необходимости, линеек и ручек.
- Подготовить таймер на 3 и 5 минут для тренировочных заданий формата ОГЭ.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по практикуму (3 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу и настроить учащихся на практическое решение задач.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы не будем просто повторять формулы: мы потренируемся применять их в задачах, похожих на задания ОГЭ. Проверьте, есть ли на столе тетрадь, ручка, линейка и карточка. Работать будем спокойно: ошибка — это сигнал для проверки алгоритма, а не повод волноваться." | Проверяют готовность к уроку, записывают дату и тему, формулируют личную цель: «научиться решать задачи на силу трения». |
2 мин | Учитель показывает брусок и динамометр: "При работе с оборудованием не тяните резко, не направляйте крючок на соседа, груз кладите устойчиво. Сегодня прибор нужен не для длительного эксперимента, а для связи формулы с реальной ситуацией. В конце урока каждый проверит, какой шаг алгоритма уже выполняет уверенно." | Называют правила безопасной работы, рассматривают оборудование, распределяют роли в паре: исполнитель и проверяющий. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оборудование готово, правила понятны. Теперь восстановим опорные знания, без которых решение задач на трение будет механическим и неточным."
Этап 2. Актуализация знаний через демонстрацию (5 мин)
Цель этапа: восстановить понятия о видах трения, направлении силы и силах, действующих на тело.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель медленно тянет брусок динамометром: "Посмотрите на брусок. Какая сила препятствует его движению? Куда она направлена? Что изменится, если увеличить массу бруска?" Учитель фиксирует ответы в кластере на доске: «трение — причина — направление — зависимость». | Наблюдают за движением и отвечают: «сила трения направлена против движения», «при увеличении массы возрастает давление на опору и обычно увеличивается сила трения». |
3 мин | Учитель задаёт вопросы: "Назовите три вида трения. Чем отличается трение покоя от трения скольжения? Какие силы действуют на брусок на горизонтальной поверхности?" Затем просит показать силы стрелками в тетради. | Записывают виды трения: покоя, скольжения, качения; изображают силу тяжести вниз, реакцию опоры вверх и силу трения против движения; отвечают: «при трении покоя тело ещё не скользит». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что сила трения связана с взаимодействием поверхностей и направлена против относительного движения. Теперь выясним, как эти знания превращаются в последовательное решение задачи."
Этап 3. Постановка практической задачи и алгоритма (5 мин)
Цель этапа: сформировать единый алгоритм решения задач на силу трения и определить критерии успешной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит условие: "Брусок массой 4 кг равномерно тянут по горизонтальной поверхности. Коэффициент трения скольжения равен 0,25. Определите силу трения. Примите $g = 10 Н/кг$. Что нам нужно узнать сначала?" Учитель не сообщает формулу сразу, а ведёт эвристическую беседу. | Выделяют данные и искомую величину, отвечают: «сначала найдём реакцию опоры, потому что сила трения зависит от $N$». |
3 мин | Учитель записывает на доске алгоритм: "Первый шаг — краткая запись. Второй — схема сил. Третий — определение $N$. Четвёртый — формула $F_тр = μN$. Пятый — вычисления с единицами и проверка. Если тело на горизонтальной поверхности и других вертикальных сил нет, то $N = mg$." | Переписывают алгоритм, задают уточняющие вопросы, называют критерии результата: есть схема, формула, вычисления, единица и вывод. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
$F_тр = μN$; на горизонтальной поверхности без дополнительных вертикальных сил $N = mg$; следовательно, $F_тр = μmg$. Алгоритм: дано — схема сил — формула — вычисления — ответ — проверка.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть не только формула, но и маршрут решения. Применим его сначала вместе, затем передадим инициативу вам."
Этап 4. Практическая работа в парах: решение базовой задачи (8 мин)
Цель этапа: отработать полный алгоритм решения задачи с опорой на совместное обсуждение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточку: "Ящик массой 12 кг равномерно перемещают по горизонтальному полу. Коэффициент трения равен 0,3. Определите силу трения. Примите $g = 10 Н/кг$. Сначала каждый подумайте 30 секунд, затем обсудите решение в паре. Не пропускайте схему сил." | Индивидуально выписывают $m = 12 кг$, $μ = 0,3$, $g = 10 Н/кг$, затем в паре строят схему сил и определяют $N$. |
3 мин | Учитель обходит пары и задаёт вопросы: "Почему вы используете именно $N = mg$? Что означает коэффициент 0,3? В каком направлении направлена сила трения? Проверьте, не перепутали ли вы массу и силу тяжести." | Объясняют партнёру выбор формулы, записывают $N = mg = 120 Н$, затем $F_тр = μN$. |
2 мин | Учитель приглашает ученика к доске: "Покажите решение так, чтобы его мог проверить человек, который не видел вашего черновика. После записи класс проверит единицы и порядок величины." | Представитель пары записывает: $F_тр = 0,3 · 120 Н = 36 Н$. Класс сверяет ход решения и формулирует ответ: «сила трения равна 36 Н». |
Эталон решения
Дано: $m = 12 кг$, $μ = 0,3$, $g = 10 Н/кг$. На горизонтальной поверхности $N = mg = 12 · 10 = 120 Н$. Сила трения скольжения $F_тр = μN = 0,3 · 120 = 36 Н$. Ответ: $36 Н$. Проверка: коэффициент трения безразмерный, поэтому единица результата — ньютон; сила трения меньше силы тяжести, что физически правдоподобно.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы решили задачу по полному алгоритму и проверили не только число, но и его физический смысл. Теперь усложним ситуацию: неизвестной будет не сила трения, а коэффициент трения."
Этап 5. Практикум по карточкам трёх уровней (10 мин)
Цель этапа: применить формулу в задачах с разными неизвестными и организовать дифференцированную работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объясняет выбор: "На карточке А — обязательное задание для всех, на карточке Б — повышенное, на карточке В — дополнительное. Сначала выполните А. Если закончили и проверили решение, переходите к Б. У каждого задания есть условие целиком, поэтому работаем без ссылок на учебник." | Выбирают карточку по готовности, читают условие, подчёркивают известные величины и обводят искомую. |
5 мин | Учитель раздаёт задания. Карточка А: "Санки массой 5 кг скользят по горизонтальному снегу. Коэффициент трения равен 0,1. Найдите силу трения при $g = 10 Н/кг$." Карточка Б: "При равномерном движении тела массой 8 кг сила трения равна 16 Н. Найдите коэффициент трения при $g = 10 Н/кг$." Карточка В: "При коэффициенте трения 0,2 сила трения равна 30 Н. Определите массу тела на горизонтальной поверхности при $g = 10 Н/кг$." | Решают выбранную задачу, строят схему, записывают формулу и ответ. Для карточки Б получают $μ = F_тр/(mg)$, для карточки В преобразуют формулу $m = F_тр/(μg)$. |
3 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Обменяйтесь карточками с соседом. Проверьте наличие трёх элементов: схема, преобразование формулы, единица ответа. Поставьте две звезды за верные шаги и одно пожелание, если обнаружили место для исправления." | Проверяют работу партнёра по критериям, отмечают сильные стороны и конкретно указывают на пропущенный шаг или ошибку в единицах. |
Эталон решения
Карточка А: $N = mg = 5 · 10 = 50 Н$; $F_тр = μN = 0,1 · 50 = 5 Н$. Карточка Б: $μ = F_тр/(mg) = 16/(8 · 10) = 0,2$. Карточка В: $m = F_тр/(μg) = 30/(0,2 · 10) = 15 кг$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы увидели, что одна и та же физическая модель позволяет находить разные величины. Сейчас каждый выполнит короткую самостоятельную проверку без подсказки партнёра."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное владение алгоритмом решения и закрепить навыки формата ОГЭ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель выдаёт индивидуальное задание: "Брусок массой 3 кг движется равномерно по горизонтальной поверхности. Сила трения равна 6 Н. Определите коэффициент трения. Примите $g = 10 Н/кг$. Работайте самостоятельно, оформляйте решение полностью." Учитель напоминает: "Если возникло затруднение, сначала выпишите все данные и нарисуйте силы." | Самостоятельно решают задачу: находят $N = 30 Н$, затем $μ = 6/30 = 0,2$, записывают ответ с пояснением. |
3 мин | Учитель открывает эталон: "Сверьте не только конечное число. Отметьте галочкой верные шаги, кружком — шаг, на котором появилась ошибка. Исправление запишите рядом, чтобы оно стало частью обучения." | Сверяют решение с эталоном, исправляют ошибки, заполняют лист самооценки и показывают цветную карточку: зелёная — алгоритм выполняю сам, жёлтая — нужна тренировка, красная — нужна помощь. |
Эталон решения
$N = mg = 3 · 10 = 30 Н$. Из формулы $F_тр = μN$ получаем $μ = F_тр/N$. Тогда $μ = 6/30 = 0,2$. Ответ: коэффициент трения равен $0,2$; величина безразмерная.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, какой шаг уже стал привычным, а какой требует внимания. Завершим урок короткой рефлексией и зафиксируем, что нужно повторить дома."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: осмыслить способ действия, снизить тревожность перед заданиями ОГЭ и определить индивидуальную траекторию закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт стикеры и говорит: "Запишите на стикере одно завершённое умение и один вопрос. Например: «Я умею находить $N$ на горизонтальной поверхности» или «Мне трудно выбрать формулу, если неизвестен коэффициент». Прикрепите стикер в одну из зон: «могу сам», «нужна тренировка», «нужна помощь»." | Записывают результат и затруднение, прикрепляют стикер к соответствующей зоне, устно формулируют один вывод. |
2 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы: "Куда направлена сила трения? Как связаны $N$ и $mg$ на горизонтальной поверхности? Что проверяем после вычислений? Почему коэффициент трения не имеет единицы измерения?" | Отвечают: «против движения», «$N = mg$», «единицы и физический смысл», «это отношение двух сил». |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите уровень по результату самооценки. Обязательный уровень выполняют все, повышающий — те, кто уверенно решил самостоятельную задачу, дополнительный — по желанию." | Записывают выбранный уровень и контрольные вопросы, сдают стикер или лист самооценки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы отработали не угадывание формулы, а последовательный физический алгоритм. На следующем уроке применим его к движению по наклонной поверхности и рассмотрим, как меняется реакция опоры."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно решены базовая и самостоятельная задачи, в решениях есть схемы сил, корректно выбраны и преобразованы формулы, указаны единицы и выполнена смысловая проверка.
- «4» — верно решены две задачи, но допущена одна неточность в оформлении схемы, преобразовании формулы или пояснении без ошибки в основном физическом способе.
- «3» — верно выполнена базовая задача или получен правильный результат в самостоятельной задаче при частичной записи решения; требуется доработка схемы или обоснования.
- Ниже базового уровня — отсутствует связный алгоритм или неверно определено направление силы; работа выполняется повторно по образцу с консультацией.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какой шаг алгоритма решения задачи на силу трения вы теперь выполняете уверенно? | Выявление сформированного способа действия и степени самостоятельности. |
На каком месте возникло затруднение: схема сил, выбор формулы, преобразование или вычисления? | Выявление конкретной точки затруднения для последующей коррекции. |
Почему в задаче на горизонтальную поверхность часто используется равенство $N = mg$? | Проверка понимания физической модели, а не механического запоминания. |
Какого цвета ваша самооценка и что поможет перейти на следующий уровень? | Формирование регулятивной оценки и снижение тревожности перед заданиями ОГЭ. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы научились превращать условие задачи о трении в понятный алгоритм: построить схему, найти реакцию опоры, выбрать формулу и проверить ответ. Самая частая ошибка — сразу подставить числа, не выяснив, какая сила является нормальной реакцией и куда направлено трение. Если ошибка встретилась у вас, это не неудача, а указание на шаг, который нужно потренировать. На следующем уроке мы продолжим работу и рассмотрим силу трения на наклонной поверхности."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 4 задачи на горизонтальное движение: найти силу трения по массе и коэффициенту, коэффициент по силе трения и массе, массу по силе трения и коэффициенту, а также определить силу тяги при равномерном движении. В каждой задаче выполнить схему сил. | Закрепляет формулу $F_тр = μmg$, преобразование формулы и оформление решения; при проверке смотреть на схему, единицы и ответ. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи, в которых сравниваются два покрытия или две массы: определить, во сколько раз изменится сила трения, и объяснить результат словами. | Развивает анализ зависимости величин и функциональную грамотность; при проверке смотреть на обоснование, а не только на число. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить и решить собственную практическую задачу о торможении велосипеда, движении санок или перемещении ящика: задать реалистичные данные, указать модель и проверить правдоподобие ответа. | Развивает создание физической модели и применение знаний в жизненном контексте; при проверке смотреть на корректность данных, формулы и объяснения. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют силой трения? Куда она направлена? Как вычислить силу трения скольжения? В каком случае на горизонтальной поверхности $N = mg$? Какие два шага решения нужно проверить прежде всего, если ответ кажется неправдоподобным?»
