Урок 7 теми «Сили в природі» логічно присвятити з’ясуванню причин виникнення сили тертя, її напрямку, різновидів і ролі в повсякденному житті. Важливо, щоб учні не лише засвоїли означення, а й дослідили, від чого залежить сила тертя, та навчилися пояснювати, коли тертя корисне, а коли — шкідливе.
Особливу увагу варто приділити практичним спостереженням і підготувати учнів до наступних уроків про застосування тертя та лабораторної роботи з визначення коефіцієнта тертя ковзання.
Тип уроку
Урок формування нових знань із дослідницькими елементами та застосуванням знань для пояснення явищ природи й розв’язування практичних задач.
Основна ідея уроку
Під час дотику тіл виникає сила тертя, яка протидіє їхньому відносному руху або спробі такого руху. Сила тертя залежить від властивостей поверхонь, сили притискання тіл та виду тертя. Тертя відіграє важливу роль у природі, побуті й техніці: воно може бути необхідним для руху та утримання тіл, але водночас спричиняє зношування деталей і втрати енергії.
Результати навчання у фокусі уроку
| Група результатів | Результат, який формуємо / розвиваємо |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Учень/учениця спостерігає прояви тертя, виконує прості досліди з тілами, що рухаються по різних поверхнях; визначає умови, за яких змінюється сила тертя; дотримується правил безпеки під час досліджень. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Учень/учениця описує результати спостережень, порівнює види тертя, систематизує інформацію в таблиці, використовує фізичні терміни та схематично зображує силу тертя. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Учень/учениця пояснює причини виникнення сили тертя, визначає її напрямок, розрізняє тертя спокою, ковзання й кочення; установлює залежність сили тертя від властивостей поверхонь і сили притискання. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Учень/учениця застосовує знання про тертя для пояснення явищ у побуті й техніці, аргументує доцільність збільшення або зменшення тертя, пропонує способи розв’язання практичних проблем. |
Обладнання та матеріали
підручник, презентація або зображення проявів тертя;
дерев’яний брусок або книжка;
гладка поверхня та поверхня з тканиною, гумою чи наждачним папером;
динамометр;
за можливості — іграшкова машинка або циліндричний предмет для демонстрації тертя кочення;
картки із ситуаціями для групової роботи.
Безпека: не можна різко тягнути тіла, перевищувати межу вимірювання динамометра або використовувати предмети з гострими краями.
Хід уроку
1. Організаційний етап — 1 хв
Учитель вітається з учнями, перевіряє готовність до уроку та налаштовує клас на роботу.
Учитель:
— На попередніх уроках ми з’ясували, що сила тяжіння діє на тіла поблизу Землі, а вага тіла пов’язана з його взаємодією з опорою або підвісом. Сьогодні дослідимо ще одну силу, з якою ми стикаємося щодня, навіть не замислюючись про це.
2. Актуалізація опорних знань — 4 хв
Учитель пропонує пригадати вивчене про сили.
Запитання для учнів:
Що називають силою?
Які характеристики сили ми зазначаємо?
Як зобразити силу графічно?
Які сили ви вже вивчили?
Чи може тіло рухатися по горизонтальній поверхні безперервно, якщо на нього перестати діяти штовханням?
Очікувані відповіді:
Сила — фізична величина, що характеризує взаємодію тіл.
Сила має модуль, напрямок і точку прикладання.
Силу зображають вектором.
Вивчали силу пружності, силу тяжіння, вагу тіла.
У реальних умовах тіло зазвичай поступово зупиняється через дію сили тертя та опору середовища.
Підсумок учителя:
— Якщо штовхнути книжку по столу, вона почне рухатися, але згодом зупиниться. Сьогодні з’ясуємо, яка сила спричиняє таку зміну руху та чи завжди її дія небажана.
3. Мотивація навчальної діяльності. Проблемна ситуація — 3 хв
Учитель пропонує порівняти дві ситуації:
людина йде по сухому асфальту;
людина намагається йти по вкритому льодом тротуару.
Запитання:
— Чому на асфальті ходити легше, ніж на льоду?
— Чому автомобіль не може безпечно рушити з місця, якщо його колеса ковзають по слизькій дорозі?
— Якби тертя зовсім не існувало, чи змогли б ми ходити, писати ручкою або втримувати предмети в руках?
Очікувані відповіді:
Учні висловлюють припущення, що поверхні по-різному взаємодіють між собою, а тертя допомагає ногам не ковзати. За відсутності тертя багато звичних дій стали б неможливими.
Проблемне запитання уроку:
Від чого залежить сила тертя та як людина може керувати її дією?
Учитель повідомляє тему уроку.
4. Вивчення нового матеріалу
4.1. Що таке сила тертя? — 5 хв
Демонстрація 1. Рух книжки по столу
Учитель штовхає книжку по горизонтальному столу. Книжка рухається, а потім зупиняється.
Запитання:
— Що змушує книжку змінювати швидкість і зрештою зупинятися?
— Чи продовжувала б книжка рухатися так само, якби горизонтальна сила тертя була відсутня?
Учитель пояснює: поверхні тіл взаємодіють між собою. На мікроскопічному рівні вони мають нерівності, а між частинками поверхонь виникає взаємодія. Через це рух одного тіла відносно іншого ускладнюється.
Визначення для запису в зошит:
Сила тертя — сила, що виникає під час контакту тіл і протидіє їхньому відносному руху або спробі такого руху.
Силу тертя позначають (F_{\text{тертя}}), а вимірюють у ньютонах (Н).
Основні властивості сили тертя:
Виникає під час взаємодії поверхонь тіл або тіла з середовищем.
Напрямлена вздовж поверхні контакту.
Протидіє відносному руху поверхонь або його можливості.
Її значення залежить від умов взаємодії тіл.
Важливе уточнення для вчителя: сила тертя не обов’язково спрямована проти руху тіла відносно землі. Наприклад, під час ходьби сила тертя спокою з боку землі може бути спрямована вперед і допомагати людині рухатися.
4.2. Дослідження напрямку сили тертя — 3 хв
Учитель малює на дошці брусок, який рухається по горизонтальній поверхні вправо.
Запитання:
— У якому напрямку спрямована сила тертя ковзання, що діє на брусок з боку поверхні?
Очікувана відповідь: вліво, проти напрямку ковзання бруска відносно поверхні.
Учитель просить учнів зобразити силу тертя вектором.
Завдання в зошиті:
Намалюйте брусок, який ковзає вправо по столу. Позначте силу тертя, що діє на нього з боку столу.
Після виконання учитель наголошує: сила тертя діє на брусок, а не на стіл. Водночас брусок діє на стіл із силою тертя протилежного напрямку.
4.3. Види тертя — 5 хв
Учитель демонструє або описує три ситуації.
1. Тертя спокою
Книжка лежить на похилій поверхні й не ковзає, або людина стоїть на підлозі, не ковзаючи.
Тертя спокою виникає тоді, коли поверхні не ковзають одна відносно одної, але є тенденція до такого руху. Воно запобігає початку ковзання.
Приклади: ходьба без ковзання, утримування предмета в руці, нерухомість предмета на похилій поверхні.
2. Тертя ковзання
Учитель пересуває книжку по столу.
Тертя ковзання виникає, коли одне тіло ковзає по поверхні іншого.
Приклади: санчата на снігу, гальмування предмета, ковзання меблів по підлозі.
3. Тертя кочення
Учитель котить іграшкову машинку або циліндр по поверхні.
Тертя кочення виникає, коли тіло котиться по поверхні іншого тіла.
Приклади: рух колеса велосипеда, автомобіля або роликів.
Запитання для перевірки:
— Який вид тертя допомагає людині не ковзати під час ходьби?
— Який вид тертя виникає, коли книжку пересувають по столу?
— Який вид тертя пов’язаний із рухом автомобільного колеса по дорозі?
Очікувані відповіді: відповідно, тертя спокою, ковзання та кочення.
Учитель уточнює, що в реальних механізмах можуть одночасно діяти кілька видів тертя в різних місцях контакту.
4.4. Від чого залежить сила тертя? — 7 хв
Дослідницька діяльність
Учитель організовує дослідження з бруском і динамометром. Якщо динамометра немає, учні можуть порівнювати зусилля під час переміщення бруска по різних поверхнях, але кількісні висновки тоді будуть лише орієнтовними.
Дослід 1. Вплив властивостей поверхонь
Учитель прикріплює динамометр до бруска.
Рівномірно тягне брусок по гладкій поверхні.
Повторює дослід, переміщуючи той самий брусок по тканині або іншій шорсткішій поверхні.
Учні порівнюють покази динамометра.
Запитання:
— На якій поверхні брусок було легше переміщувати?
— Чому покази динамометра можуть відрізнятися?
Очікуваний висновок: сила тертя залежить від матеріалів і стану поверхонь, що контактують. Для досліджених поверхонь шорсткіша поверхня може створювати більше тертя, але не можна стверджувати, що будь-яка шорсткіша поверхня завжди дає більшу силу тертя: значення має характер взаємодії конкретних матеріалів.
Дослід 2. Вплив сили притискання
Учитель тягне брусок по поверхні за допомогою динамометра.
На брусок кладуть додатковий вантаж.
Брусок знову рівномірно тягнуть по тій самій поверхні.
Учні порівнюють покази динамометра.
Запитання:
— Чи змінилося зусилля, потрібне для рівномірного руху бруска?
— Як пояснити отриманий результат?
Очікуваний висновок: за інших однакових умов зі збільшенням сили притискання твердих поверхонь сила тертя ковзання зазвичай збільшується.
Важливий висновок
Сила тертя залежить від:
матеріалів і стану поверхонь;
сили, з якою поверхні притиснуті одна до одної;
виду тертя та умов руху.
Для багатьох задач у шкільній фізиці силу тертя ковзання наближено обчислюють за формулою:
[
F_{\text{тертя}}=\mu N,
]
де (F_{\text{тертя}}) — сила тертя ковзання, (\mu) — коефіцієнт тертя ковзання, (N) — сила нормальної реакції опори.
На горизонтальній поверхні, якщо немає вертикального прискорення та інших вертикальних сил, (N=mg). Тоді:
[
F_{\text{тертя}}=\mu mg.
]
Коефіцієнт тертя — безрозмірна величина, яка характеризує взаємодію певних поверхонь. Його значення визначають експериментально або беруть із довідкових даних. Докладніше його визначення учні досліджуватимуть під час лабораторної роботи № 9.
Методичне зауваження: якщо за навчальною програмою розрахунки з коефіцієнтом тертя ще не передбачені на цьому уроці, формулу можна подати як попереднє ознайомлення, а основний акцент зробити на якісних закономірностях і дослідах.
5. Первинне закріплення знань — 5 хв
Завдання 1. Визначте вид тертя
Установіть відповідність.
| Ситуація | Вид тертя |
|---|---|
| 1. Людина йде, не ковзаючи | А. Тертя кочення |
| 2. Книжка ковзає по столу | Б. Тертя спокою |
| 3. Велосипед котиться дорогою | В. Тертя ковзання |
Відповідь: 1 — Б; 2 — В; 3 — А.
Завдання 2. Визначте напрямок сили тертя
Брусок ковзає по горизонтальному столу зліва направо. У якому напрямку діє сила тертя ковзання на брусок?
Відповідь: справа наліво, проти напрямку ковзання відносно столу.
Завдання 3. Поясніть явище
Чому взимку на слизьких дорогах посипають пісок?
Орієнтовна відповідь: пісок змінює умови контакту шин із дорогою, зазвичай збільшуючи доступне зчеплення та зменшуючи ймовірність ковзання.
Завдання 4. Прогнозування результату досліду
Брусок рівномірно тягнуть по столу динамометром. На брусок кладуть додатковий вантаж, а поверхню не змінюють. Як, імовірно, зміниться показ динамометра?
Відповідь: він зазвичай збільшиться, оскільки збільшиться сила притискання поверхонь, а отже, і сила тертя ковзання.
6. Застосування знань. Робота в парах — 4 хв
Учитель пропонує кожній парі обрати один із прикладів і пояснити, чи потрібно в цій ситуації збільшувати або зменшувати тертя.
На підошвах зимового взуття роблять рельєфний малюнок.
У механізмах використовують мастило.
На автомобілях установлюють гальма.
Під час переміщення важких вантажів використовують коліщата або ролики.
На слизьких сходах установлюють протиковзкі накладки.
Очікувані відповіді:
Рельєфна підошва та протиковзкі накладки допомагають збільшити зчеплення й зменшити ризик ковзання.
Мастило зменшує тертя між рухомими деталями, а також їхнє зношування.
Гальма забезпечують потрібну силу тертя для зменшення швидкості автомобіля.
Коліщата дають змогу замінити ковзання коченням, що в багатьох практичних ситуаціях зменшує опір руху.
Висновок учителя:
— Тертя не можна однозначно назвати корисним або шкідливим. Його значення залежить від ситуації та мети діяльності.
7. Підбиття підсумків уроку — 3 хв
Учитель повертається до проблемного запитання: «Від чого залежить сила тертя та як людина може керувати її дією?»
Учні формулюють висновки, завершуючи речення:
Сила тертя виникає тоді, коли…
Сила тертя ковзання спрямована…
Основні види тертя — це…
Сила тертя залежить від…
Тертя збільшують, коли потрібно…
Тертя зменшують, коли потрібно…
Очікуваний узагальнений висновок: сила тертя виникає під час контакту тіл і протидіє їхньому відносному руху або його можливості. Розрізняють тертя спокою, ковзання та кочення. Сила тертя залежить від умов взаємодії поверхонь і сили притискання. Люди використовують тертя або зменшують його залежно від практичної потреби.
8. Формувальне оцінювання
Під час уроку вчитель оцінює, чи може учень/учениця:
правильно визначити вид тертя в запропонованій ситуації;
указати напрямок сили тертя ковзання;
сформулювати висновок за результатами досліду;
назвати чинники, від яких залежить сила тертя;
пояснити приклад корисного або шкідливого тертя.
Оцінювання здійснюється за відповідями, спостереженнями під час дослідів, роботою в парах та виконанням завдань. Важливо оцінювати не лише правильність відповіді, а й уміння обґрунтувати її.
9. Рефлексія — 2 хв
Учні обирають одне речення й завершують його:
«Сьогодні я зрозумів/зрозуміла, що…»
«Найцікавішим для мене було…»
«Тепер я можу пояснити, чому…»
«Мені ще потрібно з’ясувати…»
10. Домашнє завдання
Обов’язкове:
Опрацювати відповідний параграф підручника.
Вивчити означення сили тертя та види тертя.
Навести три приклади ситуацій, у яких тертя потрібно збільшувати, і три приклади, у яких його потрібно зменшувати. Для кожного прикладу пояснити чому.
Для закріплення:
Чому важче пересувати важку шафу, ніж легку, якщо поверхні контакту однакові?
Чому зношені шини можуть бути небезпечними на мокрій дорозі?
Чому коліщата полегшують переміщення вантажу порівняно з його ковзанням по підлозі?
Орієнтовні відповіді для самоперевірки:
Зі збільшенням притискання поверхонь зазвичай зростає сила тертя ковзання.
Через погіршення зчеплення шини з дорогою та підвищення ризику ковзання.
Тертя кочення в багатьох практичних умовах менше за тертя ковзання.
Місце уроку в траєкторії формування груп результатів
| Група результатів | Що започатковується / розвивається / закріплюється на уроці |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Розвивається вміння спостерігати прояви тертя, порівнювати умови досліду, виконувати прості дослідження та формулювати висновки на основі спостережень. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Закріплюється вміння класифікувати види тертя, використовувати фізичні поняття, подавати результати спостережень у вигляді таблиці та схеми. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Формується розуміння причин виникнення сили тертя, її напрямку та залежності від властивостей поверхонь і сили притискання. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Розвивається здатність пояснювати побутові й технічні явища, прогнозувати результати зміни умов і добирати способи керування тертям. |
Перехід до наступного уроку
На наступному уроці «Тертя в природі, техніці, побуті» учні застосують здобуті знання для аналізу реальних ситуацій: зчеплення шин із дорогою, ходьби, роботи гальм, використання мастил, зношування деталей і способів зменшення опору руху. Це допоможе перейти від розуміння фізичного явища до оцінювання його практичного значення та підготовки до лабораторної роботи № 9 «Визначення коефіцієнта тертя ковзання».
Немає коментарів:
Дописати коментар