Сила трения: сила трения скольжения, сила трения покоя и другие виды трения
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться различать трение покоя, скольжения и качения, определять направление силы трения и решать расчётные задачи на формулы $F_{тр}=\mu N$ и $\mu=F_{тр}/N$ с точностью до правильного выбора модели.
- Образовательная задача: установить условия возникновения и основные свойства силы трения покоя и силы трения скольжения.
- Развивающая задача: сформировать умение выделять физические величины в условии, выбирать формулу, выполнять расчёт и проверять смысл полученного ответа.
- Метапредметная задача: отработать чтение условия, работу с таблицей соответствий и самопроверку по эталону в формате заданий рабочего листа.
- Воспитательная задача: показать значение трения для безопасности движения, труда и повседневной жизни, формируя ответственное отношение к применению физических знаний.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую ценность знаний о трении для безопасной ходьбы, торможения транспорта и работы механизмов.
- Проявляют готовность спокойно разбирать расчётные задания, в том числе похожие на задания ОГЭ.
- Формируют ответственное отношение к проверке единиц измерения, направления сил и реалистичности ответа.
- Оценивают собственное продвижение и называют действие, которое необходимо дополнительно потренировать.
Метапредметные
- Извлекают из текста условия массу, коэффициент трения, силу тяги и реакцию опоры.
- Выбирают существенные данные и составляют краткую запись задачи.
- Сравнивают трение покоя, скольжения и качения по условию возникновения, направлению и величине.
- Используют формулы, таблицы и алгоритм самопроверки при решении задач рабочего листа.
- Аргументируют выбор ответа в заданиях на соответствие и выбор одного утверждения.
Предметные
- Знать виды трения: покоя, скольжения и качения; примеры их проявления.
- Знать, что сила трения направлена противоположно относительному движению или возможному движению соприкасающихся поверхностей.
- Понимать, что сила трения покоя изменяется от нуля до максимального значения, а не всегда равна $\mu N$.
- Уметь рассчитывать силу трения скольжения по формуле $F_{тр}=\mu N$ на горизонтальной поверхности.
- Уметь находить коэффициент трения по известным силе трения и реакции опоры, а также определять изменение силы трения при изменении нагрузки.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают связь физической модели сухого трения с безопасностью в реальных ситуациях.
- Проявляют учебную самостоятельность при выборе уровня домашнего задания.
- Формируют смысл учения через понимание применения темы в заданиях ОГЭ и жизненных задачах.
- Оценивают собственную уверенность в различении видов трения.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного вопроса.
- Планируют решение расчётной задачи: данные, формула, подстановка, ответ.
- Сверяют решение с эталоном и находят ошибку в выборе силы или формулы.
- Осуществляют самоконтроль по чек-листу рабочего листа.
- Корректируют способ действия после обсуждения типичной ошибки.
Познавательные УУД
- Классифицируют ситуации по видам трения.
- Устанавливают зависимость силы трения скольжения от реакции опоры и коэффициента трения.
- Моделируют силы, действующие на брусок на горизонтальной поверхности.
- Анализируют различие между силой трения покоя и её предельным значением.
- Преобразуют формулу $F_{тр}=\mu N$ для нахождения коэффициента трения.
Коммуникативные УУД
- Обсуждают в парах основания для выбора ответа, а не только его номер.
- Формулируют короткое физическое объяснение к заданию на соответствие.
- Задают уточняющие вопросы о направлении силы трения.
- Согласуют общий ответ группы и аргументируют его перед классом.
- Корректно принимают замечания при взаимопроверке.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать рабочий лист с десятью заданиями — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить карточки для быстрой проверки: зелёная «понятно», жёлтая «есть вопрос», красная «нужна помощь» — по одной на каждого ученика.
- Подготовить демонстрацию: брусок, горизонтальную поверхность, динамометр и небольшой груз; проверить исправность динамометра.
- Вывести на экран фотографии или схемы ходьбы, торможения велосипеда, движения санок и качения колеса.
- Подготовить на доске место для схемы сил: сила тяжести $mg$, реакция опоры $N$, сила тяги и сила трения.
- Распечатать эталон решения заданий №2, №6 и №10 — по одному экземпляру на парту для самопроверки.
- Подготовить таймер на 2–4 минуты для работы с отдельными заданиями рабочего листа.
- Записать на доске памятку: «1. Выдели данные. 2. Определи вид трения. 3. Выбери формулу. 4. Подставь числа. 5. Проверь единицы и смысл ответа».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в работу и показать практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: «Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки и рабочего листа. Сегодня мы будем не просто вспоминать определения, а учиться распознавать физическую модель в заданиях, похожих на экзаменационные. На доске записан вопрос: почему человек может идти вперёд, хотя сила трения часто воспринимается как сила, мешающая движению?» | Проверяют готовность, читают вопрос на доске, высказывают предположения: «трение не даёт ноге проскользнуть», «без трения невозможно оттолкнуться». |
2 мин | Учитель показывает изображения ходьбы, торможения велосипеда и движения санок: «Рассмотрите три ситуации. В каждой действует трение, но результат различен: где-то оно помогает, где-то мешает. Запишите в рабочем листе рядом с примерами первое предположение о роли трения. В конце урока мы проверим, удалось ли объяснить все ситуации». | Рассматривают изображения, записывают по одному примеру полезного и вредного действия трения, формулируют ответы: «трение помогает при ходьбе», «при скольжении санок оно замедляет движение». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что одно и то же явление может помогать движению или препятствовать ему. Чтобы объяснить это точно, сначала вспомним, какие силы действуют на тело и как различаются виды трения».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о силах, направлении взаимодействия и равномерном движении.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель задаёт вопросы: «Какие силы действуют на брусок, лежащий на горизонтальной опоре? Как направлены сила тяжести и реакция опоры? Если брусок движется равномерно, чему равна равнодействующая сил?» Учитель фиксирует на доске схему и напоминает, что равномерное движение означает равенство противоположно направленных сил по модулю. | Отвечают: «сила тяжести направлена вниз, реакция опоры — вверх»; «при равномерном движении равнодействующая равна нулю». Переносят схему в тетрадь. |
3 мин | Учитель предлагает приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Представьте брусок, который тянут вправо по столу. Какая сила препятствует движению? Обсудите в паре 30 секунд, затем объясните направление силы». | Индивидуально формулируют ответ, обсуждают его в парах и сообщают: «сила трения направлена влево, противоположно относительному движению поверхностей». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили равновесие сил и направление силы трения при скольжении. Теперь выясним, всегда ли трение означает уже начавшееся движение и всегда ли его можно вычислять одной и той же формулой».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение и сформулировать план открытия нового знания.
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует брусок: «Я прикладываю к бруску небольшую горизонтальную силу, но он остаётся неподвижным. Значит ли это, что трения нет? А если постепенно увеличивать силу, что произойдёт? Подумайте, почему сила трения покоя не может быть всегда равна произведению коэффициента трения на реакцию опоры». | Наблюдают демонстрацию, отвечают: «трение есть, оно уравновешивает силу тяги»; «при некоторой силе брусок начнёт скользить». |
2 мин | Учитель записывает на доске план: «1. Различить виды трения. 2. Понять свойства трения покоя. 3. Научиться рассчитывать трение скольжения. 4. Применить алгоритм к заданиям рабочего листа». Учитель спрашивает: «Какой результат покажет, что цель достигнута?» | Формулируют критерий: «сможем правильно выполнить задания на виды трения, направление силы, коэффициент и изменение нагрузки». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Наше затруднение определено: нужно не смешивать разные виды трения и понимать, когда применима формула. Перейдём к наблюдению и построим рабочую модель».
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: сформировать представление о видах трения и вывести формулу силы трения скольжения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает три ситуации и объясняет: «Если поверхности соприкасаются, но не перемещаются относительно друг друга, наблюдаем трение покоя. Если поверхности скользят — трение скольжения. Если одно тело катится по другому — трение качения. На экране показаны ходьба, движение санок и колесо тележки. Распределите эти ситуации по трём видам трения». | Называют примеры и записывают соответствия: ходьба — трение покоя; санки — трение скольжения; колесо — трение качения. |
3 мин | Учитель проводит демонстрацию с динамометром: «Постепенно увеличиваем силу тяги. До начала движения брусок остаётся неподвижным: сила трения покоя меняется вслед за силой тяги. В момент начала движения достигается предельное значение. Поэтому верно утверждение: сила трения покоя может изменяться от нуля до предельного значения». | Наблюдают, формулируют вывод и отмечают в задании №3 правильное утверждение. Объясняют, что при отсутствии попытки сдвинуть тело сила трения покоя может быть равна нулю. |
4 мин | Учитель записывает модель: «Для сухого скольжения силу трения вычисляем по формуле $F_{тр}=\mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения, $N$ — реакция опоры. На горизонтальной поверхности без вертикального ускорения $N=mg$, поэтому $F_{тр}=\mu mg$. При равномерном движении сила тяги по модулю равна силе трения. Запишите обозначения и их роли, это пригодится в заданиях №4–6». | Записывают формулы и обозначения. В задании №5 соединяют величину с обозначением или ролью в формуле. Отвечают: «$\mu$ — коэффициент трения, $N$ — реакция опоры, $F_{тр}$ — сила трения». |
Запись в тетрадях
$F_{тр}=\mu N$; для горизонтальной поверхности $N=mg$, поэтому $F_{тр}=\mu mg$. Сила трения направлена противоположно относительному движению или возможному движению поверхностей. Трение покоя: $0\leq F_{тр.п}\leq F_{тр.п.\ max}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть классификация и формулы. Важно помнить: формулу $F_{тр}=\mu N$ применяем к трению скольжения, а для трения покоя сначала выясняем, не превышает ли внешняя сила предельное значение. Проверим это на заданиях рабочего листа».
Этап 5. Первичное закрепление: задания рабочего листа (8 мин)
Цель этапа: применить новые знания к заданиям на соответствие, направление силы и расчёт.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает выполнить задания №1, №7 и №9: «Сначала работайте самостоятельно, затем сравните ответы в паре. В №7 обязательно объясните направление силы не фразой “влево”, а правилом: противоположно относительному движению поверхностей. В №9 определите не только вид, но и роль трения». | Соединяют виды трения с примерами в №1, выбирают в №7 ответ «влево, противоположно относительному движению поверхностей», выполняют соответствия в №9 и обосновывают их в парах. |
5 мин | Учитель разбирает задачу №2: «Брусок массой 5 кг равномерно скользит по горизонтальной поверхности. Коэффициент трения скольжения равен 0,2. Примите $g=10$ Н/кг. Найдите силу трения». Учитель просит назвать данные, формулу и единицу ответа, затем показывает решение на доске. | Записывают: $m=5$ кг, $\mu=0,2$, $g=10$ Н/кг. Выбирают $F_{тр}=\mu mg$, выполняют вычисление и отвечают: «$F_{тр}=0,2\cdot5\cdot10=10$ Н». |
Эталон решения
1. На горизонтальной поверхности $N=mg$. 2. $N=5\cdot10=50$ Н. 3. $F_{тр}=\mu N=0,2\cdot50=10$ Н. Ответ: $10$ Н.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы научились выбирать направление силы и рассчитывать трение по массе и коэффициенту. Следующий шаг — решить задачи, где неизвестен уже коэффициент или изменяется нагрузка».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить самостоятельное применение алгоритма к расчётным заданиям рабочего листа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель даёт инструкцию: «Самостоятельно выполните задания №4, №6 и №10. В каждом решении должны быть краткая запись, формула, подстановка и ответ. В №4 запишите только число, как требует условие. В №10 сначала найдите силу трения до нагрузки, затем после, и только потом определите разность». Учитель напоминает о таймере и консультирует тех, кто затрудняется выбрать формулу. | Решают задания: в №4 используют $\mu=F_{тр}/N$; в №6 находят $F_{тр}=12$ Н при равномерном движении, затем $N=mg$; в №10 сравнивают $\mu m_1g$ и $\mu(m_1+m_2)g$. |
3 мин | Учитель выводит эталон: «Сверьте не только число, но и ход решения. Если ответ отличается, отметьте место ошибки: данные, формула, арифметика или единицы. После проверки поставьте рядом знак “+” или “?”». | Сверяют решения, исправляют ошибки и записывают вопросы. Ожидаемые ответы: №4 — $0,2$; №6 — $0,2$; №10 — увеличение на $5$ Н. |
Эталон решения
№4: при равномерном движении $F_{тр}=6$ Н, поэтому $\mu=F_{тр}/N=6/30=0,2$. №6: $N=mg=6\cdot10=60$ Н; $F_{тр}=12$ Н; $\mu=12/60=0,2$. №10: до нагрузки $F_1=0,25\cdot4\cdot10=10$ Н; после нагрузки $F_2=0,25\cdot(4+2)\cdot10=15$ Н; увеличение $F_2-F_1=5$ Н.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Расчётные задания решаются одной логикой: при равномерном движении сила тяги равна силе трения, на горизонтали $N=mg$, а изменение массы меняет реакцию опоры и силу трения. Осталось проверить понимание трения покоя и сформулировать личный результат урока».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: обобщить знания, выявить затруднения и определить дальнейшую практику.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: «Поднимите зелёную карточку, если можете объяснить различие трения покоя и скольжения; жёлтую — если нужен ещё один пример; красную — если пока не получается выбрать формулу. Теперь письменно закончите фразу: “Сегодня я научился…”, а затем назовите одну типичную ошибку». | Показывают карточку, записывают фразы: «научился находить коэффициент трения», «нужно не путать силу трения покоя с предельной силой», «направление трения противоположно движению поверхностей». |
2 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы: «Когда сила трения покоя равна нулю? Что происходит с силой трения скольжения при увеличении массы? Как найти коэффициент, если известны сила трения и реакция опоры?» | Отвечают: «при отсутствии попытки сдвинуть тело»; «сила увеличивается пропорционально реакции опоры»; «разделить силу трения на реакцию опоры». |
2 мин | Учитель объясняет домашнее задание: «Выберите обязательный уровень; повышающий и дополнительный выполняйте по готовности. Записывайте решение развёрнуто, как сегодня: данные, формула, вычисления, ответ». | Записывают домашнее задание и отмечают выбранный уровень. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы различили трение покоя, скольжения и качения, научились определять направление силы трения и применять формулу $F_{тр}=\mu N$. Проверьте дома, сможете ли вы объяснить не только число в ответе, но и физический смысл каждого шага».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены не менее 9 из 10 заданий рабочего листа, в расчётных задачах записаны формулы, единицы и обоснован ход решения; правильно объяснены свойства трения покоя.
- «4» — верно выполнены 7–8 заданий, допущена не более чем одна существенная ошибка в выборе формулы или направлении силы, остальные расчёты оформлены корректно.
- «3» — верно выполнены 5–6 заданий, распознаны основные виды трения и получен хотя бы один правильный расчётный ответ, но имеются ошибки в преобразовании формулы или вычислениях.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Как различить трение покоя и трение скольжения? | Проверка понимания условия возникновения разных видов трения. |
Почему сила трения покоя не всегда равна $\mu N$? | Выявление понимания диапазона изменения силы трения покоя. |
Какой шаг алгоритма решения расчётной задачи оказался самым трудным? | Выявление точки затруднения: данные, формула, вычисления или проверка. |
Как изменение массы влияет на силу трения скольжения на горизонтали? | Проверка понимания зависимости $F_{тр}=\mu mg$ и функциональной связи величин. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы увидели, что трение бывает разным и не всегда мешает движению: без него человек не смог бы идти, а автомобиль — тормозить. Вы научились определять направление силы трения и рассчитывать её на горизонтальной поверхности. Типичная ошибка — автоматически применять формулу $F_{тр}=\mu N$ к трению покоя, не учитывая его изменяемость. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на силы и рассмотрим более сложные случаи движения тела».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определения трения покоя, скольжения и качения; выполнить 4 задачи: одну на направление силы трения, одну на вычисление $F_{тр}=\mu mg$, одну на нахождение коэффициента трения и одну на изменение силы трения при увеличении массы. | Закрепляет классификацию видов трения и базовый алгоритм расчёта; при проверке смотреть на выбор формулы, единицы и направление силы. |
Средний (повышающий) | Выполнить 5 задач в формате рабочего листа: две на соответствие видов и ролей трения, одну на предельную силу трения покоя, две расчётные задачи с неизвестным коэффициентом или реакцией опоры. | Формирует умение переносить модель на новые условия; при проверке смотреть, различает ли ученик силу трения покоя и её максимальное значение. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить и решить две собственные задачи о трении в реальной ситуации: одну на полезное трение и одну на уменьшение трения. В каждой указать вид трения, направление силы, исходные данные и решение. | Развивает создание физической модели и функциональную грамотность; при проверке оценивать реалистичность условия, корректность формулы и объяснение практического смысла. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Назовите три вида трения. Куда направлена сила трения при скольжении вправо? По какой формуле находят силу трения скольжения на горизонтали? Может ли сила трения покоя быть меньше предельной? Что произойдёт с силой трения при увеличении массы бруска?»
