Imię i nazwisko autora:

Jarosław Krakowski

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Zależność oporu właściwego od ruchliwości nośników ładunku

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
II. Mechanika. Uczeń:
17) opisuje opory ruchu (opory ośrodka, tarcie statyczne, tarcie kinetyczne); rozróżnia współczynniki tarcia kinetycznego oraz tarcia statycznego; omawia rolę tarcia na wybranych przykładach.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. tłumaczy, jak opisujemy siłę tarcia,

2. podaje przykłady opisu siły tarcia,

3. wyjaśnia, kiedy siła tarcia może umożliwiać ruch ciał,

4. analizuje i interpretuje przykłady rozwiązań problemów, w których występuje siła tarcia.

Strategie nauczania:

IBSE (Inquiry‑Based Science Education -nauczanie/uczenie się przedmiotów przyrodniczych przez odkrywanie/dociekanie naukowe)

Metody nauczania:

ćwiczenia przedmiotowe

Formy zajęć:

praca w grupach

Środki dydaktyczne:

zestawy zadań

Materiały pomocnicze:

rzutnik multimedialny

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel zadaje pytania:

1. Co wiecie o sile tarcia?
   Oczekiwana odpowiedź: tarcie jest oporem ruchu przeszkadzającym przesuwaniu się ciał względem siebie. Można je podzielić na tarcie statyczne i kinetyczne.

2. Od czego zależy siła tarcia?
   Oczekiwana odpowiedź: siła tarcia zależy od rodzaju powierzchni i siły, z jaką ciała są dociskane.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel przypomina, w jaki sposób oblicza się siłę nacisku. Następnie dzieli klasę na grupy. Jeden zespół zajmuje się tarciem statycznym, drugi kinetycznym. Zespoły poszukują właściwych swojej grupie współczynników tarcia dla następujących materiałów: drewno na drewnie, metal na drewnie, stal na stali, buty na drewnie, buty na lodzie. Przedstawiciele porównują zebrane dane, co prowadzi ich do wniosku, że współczynniki tarcia kinetycznego są niższe od ich statycznych odpowiedników. Wtedy nauczyciel tłumaczy, czym jest tarcie w skali atomowej. Zwraca uwagę, że gdy dwie szorstkie powierzchnie są w kontakcie, efektywny obszar styku jest niewielką częścią całego obszaru, ponieważ stykają się tylko wysokie punkty. Gdy jednak wywierana jest większa siła normalna, efektywna powierzchnia styku wzrasta, co z kolei prowadzi do wniosku, że wartość siły tarcia jest proporcjonalna do tego nacisku. Należy zwrócić przy tym uwagę, że makroskopowa powierzchnia styku ciał pozostaje stała, i że od tej wielkości siła tarcia nie zależy.

Taka obserwacja w skali atomowej pozwala wyjaśnić znacznie więcej niż tylko proste cechy tarcia. Na przykład można w ten sposób analizować mechanizm powstawania ciepła. Innymi słowy, dlaczego powierzchnie stają się cieplejsze, gdy są potarte. Zasadniczo atomy są połączone ze sobą, tworząc sieci. Kiedy powierzchnie o siebie pocierają, atomy powierzchniowe przylegają do siebie i wywołują drgania sieci – tworząc fale dźwiękowe, które penetrują materiał. Fale dźwiękowe zanikają wraz z odległością, a ich energia jest przekształcana w ciepło. Ponadto między atomami i cząsteczkami na powierzchniach trących mogą zachodzić reakcje chemiczne związane z tzw. zużyciem ciernym.

Teraz uczniowie mogą się zastanowić nad problemem doboru materiału do endoprotez, stosowanych, gdy stawy w naszym ciele ulegają uszkodzeniu, i wykonanych z metalu, plastiku bądź ceramiki. Czy materiał takiej części zamiennej powinien mieć niski, czy wysoki współczynnik tarcia? (Końce kości w stawie są przykryte chrząstkami, co zapewnia gładką, niemal szklaną powierzchnię. Stawy wytwarzają też płyn - maź stawową, która redukuje tarcie i zużycie, więc współczynnik tarcia materiału endoprotezy powinien być możliwie niski).

Faza podsumowująca:

Rozwiązanie zadań 1, 2, 3, 6, 9.

Praca domowa:

W ramach powtórzenia i utrwalenia wiadomości uczniowie rozwiązują zadania 4, 5, 7 i 8.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium może być wykorzystane przy powtarzaniu wiadomości o tarciu i przy realizacji innych tematów związanych z tarciem.