Спецвыпуск

Измерение коэффициента трения скольжения. Лабораторная работа. 10-й класс

Авторский многовариантный разноуровневый физический практикум

Цель урока: развивать экспериментальные умения и навыки по определению коэффициента трения скольжения пары материалов; раскрывать индивидуальность, помогать ей развиваться, устояться, проявляться, обретать избирательность и устойчивость к социальным воздействиям; выявлять и максимально развивать задатки и способности каждого учащегося; создать ситуацию успеха каждому ученику, представляя возможность выбрать подходящий по сложности вариант из пяти предлагаемых.

Оборудование: указывается в инструкции к каждому варианту.

Норма оценок: «5» – верное выполнение всех заданий; «4» – верное выполнение заданий  1, 2, 4, 5;  «3» – верное выполнений заданий 1, 4, 5.

Ход урока

1. Подготовка. Раздача приборов и инструкций к лабораторным работам согласно графику проведения работ по звеньям (2–4 учащихся).

2. Самостоятельное выполнение эксперимента  

1-й вариант

Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от трибометра, динамометр лабораторный.

Указания к работе. Перемещая равномерно брусок с помощью динамометра в горизонтальном направлении, измерьте силу упругости пружины, которая равна силе трения: F_упр = F_тр.

С помощью того же динамометра измерьте силу нормального давления N, взвесив брусок: N = mg.

Вычислите коэффициент трения скольжения

Обработка результатов*

1 (I). Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.

2 (II). Определите погрешность измерений.

3 (III). Запишите полученный ответ с учётом допущенных погрешностей измерений.

4 (I). Сделайте вывод.

5 (I). Ответьте на контрольный вопрос: в каких пределах может изменяться сила трения покоя?

2-й вариант

Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от трибометра, нить, линейка ученическая. 

Указания к работе

Брусок с привязанной к длинной грани нитью поставьте торцом на горизонтальную поверхность стола и тяните за нить. Если нить закреплена невысоко над поверхностью стола, то брусок будет скользить. При определённой высоте h точки А крепления нити сила натяжения нити F опрокидывает брусок. Условия равновесия для этого случая относительно точки А:

Fh – mga/2 = 0;      

F – F_тр = 0;          

N – mg = 0.            

С учётом выражения получим, что  Отсюда

Обработка результатов

(Пункты 1–4 те же, что и в 1-м варианте. – Ред.)

5 (I). Ответьте на контрольный вопрос: при каких условиях появляются силы трения?

3-й вариант

Оборудование: карандаш, линейка деревянная от трибометра, линейка ученическая. 

Указания к работе

Поставьте карандаш на стол вертикально, нажмите на него, наклоните и наблюдайте характер его падения. При небольших углах наклона к вертикали карандаш не проскальзывает относительно поверхности стола при любой величине силы, прижимающей его к столу. Проскальзывание начинается с некоторого критического угла, зависящего от силы трения.

Записывая второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси при угле наклона, равном критическому (силой тяжести mg, действующей на карандаш, по сравнению с большой силой F пренебрегаем):

 С учётом выражения получим

Обработка результатов

(Пункты 1–4 те же, что и в 1-м варианте. – Ред.)

5 (I). Ответьте на контрольный вопрос: от чего зависят модуль и направление силы трения покоя?

4-й вариант

Оборудование: брусок деревянный, динамометр лабораторный, нить, линейка ученическая. 

Указания к работе

Прижмите рукой динамометр вместе с линейкой к столу, а брусок оттяните, чтобы динамометр показывал некоторую силу F. Тогда потенциальная энергия пружины динамометра:  Е_р = kx²/2 = kxx/2 = Fx/2,  где F – показание динамометра, х – растяжение пружины.

После освобождения брусок будет двигаться до остановки, и часть потенциальной энергии пружины израсходуется на совершение работы по преодолению силы трения на пути s. Эту работу представим выражением
где – коэффициент трения, m – масса бруска, g – ускорение свободного падения, s – путь бруска.

По закону сохранения энергии,

Отсюда получим

Обработка результатов

(Пункты 1–4 те же, что и в 1-м варианте. – Ред.)

5 (I). Ответьте на контрольный вопрос: всегда ли сила трения скольжения меньше силы трения покоя?

5-й вариант

Оборудование: брусок деревянный с крючком, резиновый шнур длиной 15–20 см, нить длиной 2–30 см, линейка от трибометра. 

Указания к работе.  Свяжите резиновый шнур и нить. Свободный конец нити прикрепите к крючку бруска, а свободный конец резинового шнура – к линейке так, чтобы узел не выходил за пределы шкалы линейки даже в том случае, если брусок будет висеть на нити вертикально (роль стрелки этого «динамометра» выполняет узел). Равномерно протягивайте брусок по линейке. Согласно  первому закону Ньютона, mg_x +  N_x + F_x + F_трx = 0. Поэтому F – F_тр = 0, т.е.
F_тр = F. Поскольку и F = kx, то:  (1)

где х – удлинение шнура при движении бруска горизонтально (I).

Если брусок поднять за нить вертикально, то
mg_y + F_упрy = 0, или mg = F_упр. Отсюда:  mg = kx₁,                             (2)

где х₁ – удлинение шнура при подвешивании на нём бруска. Поделив (1) на (2), получим формулу для расчёта коэффициента трения скольжения:

Обработка результатов

(Пункты 1–4 те же, что и в 1-м варианте. – Ред.)

5 (I). Ответьте на контрольный вопрос: может ли сила трения скольжения увеличить скорость тела?

3. Обсуждение результатов эксперимента

 Задание на дом: повторите § 101–103 (Мякишев Г.Я. и др. Физика-10, 2004). Подготовьтесь к выполнению разноуровневой многовариантной лабораторной работы «Измерение электроёмкости конденсатора».

Методические рекомендации учителю

Программой к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева, Н.Н.Сотского «Физика-10» (М.: Просвещение, 2004) предусмотрено 10 ч для лабораторного практикума в 10-м классе. Учащимся заранее сообщают тематику лабораторных работ и указывают темы для повторения по учебнику. В звеньях могут быть 2–4 учащихся. Число вариантов можно увеличить для большей самостоятельности учащихся при выполнении лабораторных работ.

* В скобках указан уровень сложности.

Радик Акрамович Рахматуллин – учитель физики высшей квалификационной категории. Родился в с. Тукай Александровского района. После окончания школы и службы в армии окончил Саратовский ГПИ (1983 г.). До сих пор благодарен судьбе за то, что встретил там замечательных людей – однокурсников, талантливых преподавателей, таких как Гурьев К.И. – зам­декана физико-математического факультета, Рачков В.А. – доцент кафедры общей физики. За активное участие в НИР был награждён почётной грамотой ректората института и Саратовского отделения ВОИР (1982 г.), а за отличную учёбу занесён на Доску почёта института. До 1988 г. работал в родной школе – учителем физики, завучем. Своим наставником считает заслуженного учителя школы РСФСР, директора Даутову Р.Я. Имеет почётные грамоты Александровского РОНО(1981 г.) и Оренбургского облоно (1986,1987 гг.). В 1988–1990 гг. работал в райкоме КПСС, курировал учреждения образования района, затем был заведующим методическим кабинетом Александровского РОНО, но  школу никогда не бросал. С целью изучения педагогического опыта ездил в экспериментальную школу № 5 г. Донецка к учителю-новатору Шаталову В.Ф., переписывался с известными учёными – Диком Ю.И., Усовой А.В., Кабардиным О.Ф. С 1996 г. преподаёт физику и астрономию в Александровской СОШ. Очень благодарен директору школы, заслуженному учителю РСФСР Дзугкоеву К.Д. (умер в 2004 г.) и заместителю директора Гороховой В.В. (теперь она уже на пенсии). Ученики побеждают на различных этапах олимпиад и конкурсов, пятеро стали учителями физики. Особая гордость – золотые медалистки Лысенкова Тамара (на фото – вместе с учителем на «Дне последнего звонка» 19 мая 2006 г.) и Юмагулова Альфия. Такого «золотого» класса за семидесятилетнюю историю Александровской СОШ ещё не было! Радик Акрамович активно работает с одарёнными детьми района  через очно-заочную школу «Спектр», успешно апробируя свою программу по физике по авторским учебным пособиям – «Текстовые разноуровневые расчётные задачи по физике» (7–9-й кл., 1997) и «Разноуровневые задания по физике с элементами ЕГЭ» (7–8-й кл., 2007). Очень признателен профессорам Оренбургского ГПУ Ильясовой Т.В., Шефер Н.И., доценту Искандерову Н.Ф., заведующей учебной частью ИПКиППРО Зотовой Н.К. и методисту Груздовой Е.А. за огромную консультативную помощь и постоянную поддержку.  Имеет публикации в журнале «Физика в школе» и в газете «Физика». Двенадцатый год руководит РМО учителей физики, даёт  открытые уроки. Жена – Замира Раисовна Рахматуллина, учительница русского языка и литературы. Двое детей: дочь Эльмира учится на 3-м курсе Оренбургского госуниверситета, круглая отличница, сын Ринат –10-классник. Увлечения: от компьютера до огородничества, от строительных работ (своими руками построил собственный дом) до чтения научно-популярной и художественной литературы. Педагогическое кредо: «Каждое дело творчески, а иначе зачем?» В этом году Радик Акрамович стал победителем всероссийского конкурса «Лучшие учителя России», с чем редакция его сердечно поздравляет и желает сохранять форму многие-многие годы.