Ускорение. Прямолинейное равноускоренное движение
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока сформулировать физический смысл ускорения, записать формулу $\vec a=\frac{\vec v-\vec v_0}{t}$, назвать единицу измерения и по описанию или графику определить, разгоняется тело, тормозит или движется равномерно.
- Сформировать понятие ускорения как векторной физической величины, характеризующей быстроту изменения скорости, и раскрыть физический смысл единицы $1\ м/с^2$.
- Научить различать равноускоренное и равнозамедленное движение по изменению скорости, направлению векторов скорости и ускорения, а также по графику $v(t)$.
- Развивать умение наблюдать демонстрацию, выделять физически существенные признаки, анализировать графическую информацию и аргументировать выводы.
- Показать связь физического описания движения с жизненными ситуациями и образными аналогиями из языка и литературы, поддерживая интерес к изучению физики.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознавать ценность точного количественного описания явлений окружающего мира.
- Проявлять познавательный интерес к исследованию движения и готовность объяснять наблюдаемые явления на основе физических законов.
- Понимать значение аккуратной аргументации и проверки вывода по наблюдаемым данным.
- Связывать изучение ускорения с безопасностью движения транспорта и будущей профессиональной деятельностью.
Метапредметные
- Выделять из наблюдения изменение скорости и формулировать проблему, требующую введения новой физической величины.
- Сравнивать равноускоренное, равнозамедленное и равномерное движение по заданным признакам.
- Читать график зависимости скорости от времени и делать качественный вывод о характере движения.
- Планировать решение простой задачи, выбирать формулу, выполнять вычисление и оценивать размерность результата.
- Участвовать в диалоге, формулировать ответ полным предложением и обосновывать его наблюдением или графиком.
Предметные
- Знать определение ускорения, его обозначение, формулу и единицу измерения.
- Понимать, что ускорение характеризует изменение скорости за единицу времени и является векторной величиной.
- Уметь вычислять ускорение по начальной и конечной скорости и времени изменения скорости.
- Уметь различать разгон и торможение по взаимному направлению векторов скорости и ускорения.
- Уметь распознавать равноускоренное и равнозамедленное движение по графику $v(t)$.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость умения объяснять движение транспорта и другие реальные явления.
- Проявляют ответственность за точность записи физических величин и единиц измерения.
- Осмысливают связь физического знания с языковыми и литературными образами динамики и изменения.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель работы после выявления затруднения при описании движения с изменяющейся скоростью.
- Планируют последовательность решения задачи: определить данные, выбрать формулу, выполнить вычисление, записать единицу.
- Осуществляют самопроверку по эталону, графику и размерности результата.
- Корректируют ошибочный вывод о направлении ускорения после обсуждения с партнёром.
Познавательные УУД
- Извлекают признаки ускоренного движения из наблюдения за шариком на наклонной плоскости.
- Сравнивают физические величины скорость и ускорение, устанавливая различие их смыслов и единиц.
- Моделируют движение с помощью стрелок скорости и ускорения и графика $v(t)$.
- Анализируют зависимость изменения скорости от времени и используют её для расчёта ускорения.
Коммуникативные УУД
- Формулируют гипотезу о том, какая величина описывает быстроту изменения скорости.
- Обсуждают в парах классификацию графиков и согласуют общий ответ.
- Задают уточняющие вопросы о направлении ускорения и физическом смысле единицы измерения.
- Аргументируют вывод, используя термины «скорость», «ускорение», «разгон» и «торможение».
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить наклонный желоб, металлический шарик и горизонтальную поверхность для демонстрации разгона и торможения; проверить устойчивость оборудования.
- Подготовить секундомер или метроном для фиксации равных промежутков времени наблюдения.
- Распечатать карточки с четырьмя графиками $v(t)$: возрастающая прямая, убывающая прямая, горизонтальная прямая и график с отрицательной начальной скоростью — по одной карточке на пару.
- Распечатать карточки трёх уровней для самостоятельной работы — по одной на каждого ученика, с обязательным заданием и двумя заданиями повышенной сложности.
- Подготовить презентацию с определением ускорения, формулой, обозначениями, единицей $м/с^2$, схемами направлений векторов и графиками $v(t)$.
- Вывести на доску или первый слайд проблемный вопрос: «Как описать быстроту изменения скорости?»
- Заранее записать на доске обозначения $\vec v_0$, $\vec v$, $t$ и оставить место для формулы и алгоритма решения задачи.
- Подготовить листы для приёма «Светофор» и короткого «Билета на выход» — по одному на каждого ученика.
- Проверить наличие проектора, ноутбука, экрана или интерактивной доски; подготовить маркеры и линейку для изображения осей графика.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: проверить готовность класса и вызвать интерес к изучению движения с изменяющейся скоростью.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовность: тетрадь, ручка, линейка и материалы для записи должны быть на столе. Сегодня нам понадобится внимательность наблюдателя и точность исследователя. Мы продолжим изучать движение, но будем говорить не о постоянной скорости, а о том, как скорость изменяется." | Готовят тетради и принадлежности, записывают дату, настраиваются на работу. |
2 мин | Учитель показывает короткую демонстрацию: шарик скатывается по наклонному желобу. "Посмотрите на шарик. В начале движения он перемещается медленно, затем за одинаковые промежутки времени проходит всё большие расстояния. Скорость не остаётся постоянной. Как описать не просто скорость, а быстроту её изменения? Запомните этот вопрос: к нему мы вернёмся в конце урока." | Наблюдают за движением шарика, формулируют предположения: "Тело разгоняется", "скорость увеличивается", "нужна величина, которая показывает изменение скорости". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что одного значения скорости недостаточно, если скорость меняется. Сначала вспомним, что мы уже знаем о скорости и равномерном движении, а затем найдём новую физическую величину."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о равномерном движении и скорости, необходимые для открытия понятия ускорения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует фронтальную беседу: "Какое движение называют равномерным прямолинейным? Приведите пример. Чем характеризуется скорость? Вспомните не только её числовое значение, но и направление. Запишите в тетради формулу скорости равномерного движения, если она нужна для объяснения ответа." | Отвечают: "Равномерное прямолинейное движение — движение по прямой с постоянной по модулю и направлению скоростью"; приводят пример движения поезда на прямом участке; называют скорость векторной величиной. |
2 мин | Учитель продолжает: "Может ли тело двигаться неравномерно? Назовите ситуации, в которых скорость увеличивается или уменьшается. Чем разгон автомобиля отличается от движения автомобиля с постоянной скоростью?" | Приводят примеры: разгон автомобиля, торможение поезда, падение капли, взлёт самолёта; формулируют: "При неравномерном движении скорость изменяется". |
1 мин | Учитель фиксирует на доске два выражения: «скорость» и «изменение скорости». "Какую величину мы умеем находить, если известны путь и время? А какой вопрос остаётся без ответа?" | Отвечают: "Скорость показывает, как быстро движется тело"; выявляют затруднение: "Пока мы не умеем количественно описывать изменение скорости". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что скорость имеет модуль и направление, а при неравномерном движении изменяется. Теперь точно сформулируем, что означает выражение «быстрота изменения скорости»."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (3 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему и совместно определить план её решения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель обращается к классу: "Представьте два автомобиля. У первого скорость за пять секунд увеличилась на 10 м/с, у второго — на 2 м/с. Оба изменили скорость, но одинаково ли быстро? Как сравнить эти случаи?" | Обсуждают вопрос, отвечают: "Нужно учитывать не только изменение скорости, но и время, за которое оно произошло". |
2 мин | Учитель записывает проблемный вопрос: «Что показывает быстроту изменения скорости?» и предлагает план: "Какая величина нам нужна? Как её вычислять? В каких единицах измерять? Как определить направление? Как узнать характер движения по графику? Сформулируйте цель урока одним предложением." | Формулируют цель: "Узнать, что такое ускорение, научиться его вычислять и определять по графику и направлению векторов"; записывают проблемный вопрос. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План определён: наблюдение — определение — формула — направление — график — применение. Переходим к открытию нового знания через демонстрацию и анализ."
Этап 4. Открытие нового знания: понятие ускорения (10 мин)
Цель этапа: ввести определение ускорения, формулу, единицу измерения и её физический смысл.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель повторяет демонстрацию с шариком и говорит: "Наблюдайте за движением по одинаковым промежуткам времени. Шарик проходит всё большие расстояния, значит, его скорость увеличивается. Но физике необходимо не только словесное описание. Нам нужно узнать, на сколько изменяется скорость за единицу времени. Эта величина называется ускорением." | Наблюдают за шариком, сравнивают перемещения за равные промежутки времени, формулируют вывод: "Скорость шарика возрастает". |
4 мин | Учитель показывает на экране определение и записывает формулу: "Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости. В общем случае ускорение равно отношению изменения скорости к промежутку времени: $\vec a=\frac{\vec v-\vec v_0}{t}$. Здесь $\vec v_0$ — начальная скорость, $\vec v$ — конечная скорость, $t$ — время изменения скорости. Перепишите определение и формулу, не теряя стрелки над векторами." | Записывают определение, формулу и обозначения в тетрадь; отвечают: "Ускорение показывает изменение скорости за единицу времени". |
3 мин | Учитель раскрывает физический смысл единицы: "Единица ускорения — метр на секунду в квадрате, $м/с^2$. Если $a=2\ м/с^2$, то при выбранном направлении движения скорость за каждую секунду увеличивается на $2\ м/с$. Сравните это с темпом изменения: не скорость равна двум, а скорость изменяется на два за одну секунду. В языке и литературе мы тоже говорим о темпе изменений: динамика сюжета показывает, насколько быстро меняются события, но в физике этот темп измеряется строго." | Объясняют своими словами смысл $2\ м/с^2$; различают скорость и ускорение; приводят образную аналогию с быстрым развитием сюжета, отмечая, что физическая величина имеет точную единицу. |
Запись в тетрадях
Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости: $\vec a=\frac{\vec v-\vec v_0}{t}$. Единица измерения ускорения — $1\ м/с^2$. Физический смысл: за одну секунду скорость изменяется на $1\ м/с$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы получили величину, которая количественно описывает изменение скорости. Но ускорение — вектор, поэтому важно установить не только его модуль, но и направление. Теперь разберём разгон и торможение."
Этап 5. Направление ускорения и виды движения (7 мин)
Цель этапа: научить определять направление ускорения и различать равноускоренное и равнозамедленное движение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует движение шарика по наклонной плоскости и последующее торможение на горизонтальной поверхности: "На наклонной плоскости скорость шарика увеличивается. Нарисуем стрелку скорости вправо и стрелку ускорения вправо: они сонаправлены. После перехода на горизонтальную поверхность шарик постепенно останавливается. Скорость направлена вправо, а ускорение — влево, навстречу скорости." | Наблюдают демонстрацию, изображают в тетради два рисунка со стрелками $\vec v$ и $\vec a$; формулируют: "При разгоне векторы сонаправлены, при торможении — противоположно направлены". |
2 мин | Учитель показывает на доске схему: "Если модуль скорости возрастает, движение называют равноускоренным; если модуль скорости уменьшается — равнозамедленным. Важно: слово «равно» означает постоянство ускорения, а не то, что тело обязательно движется с постоянной скоростью." | Сравнивают два вида движения, записывают определения, приводят пример разгона велосипеда и торможения автобуса. |
2 мин | Учитель делает важное уточнение: "Ускорение появляется и тогда, когда модуль скорости постоянен, но меняется её направление, например при движении по окружности. Сегодня мы не выводим формулу центростремительного ускорения, а фиксируем главный вывод: ускорение связано с изменением вектора скорости." | Отвечают на вопрос: "Почему тело на повороте имеет ускорение?" — "Потому что меняется направление скорости"; записывают качественное замечание. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы умеем определять направление ускорения по изменению скорости. Осталось научиться видеть этот вывод на графике скорости от времени."
Этап 6. Графическое представление и первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: установить связь между ускорением и наклоном графика $v(t)$ и закрепить распознавание характера движения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит на экран три графика: возрастающую прямую, убывающую прямую и горизонтальную прямую. "Посмотрите на вертикальную ось — это скорость, на горизонтальную — время. Если прямая поднимается, скорость увеличивается; если опускается, скорость уменьшается; если горизонтальна, скорость постоянна. Чем круче наклон графика, тем больше по модулю ускорение. Определите характер движения на каждом графике." | По очереди называют: "На первом тело разгоняется, на втором тормозит, на третьем движется равномерно"; объясняют ответ изменением скорости. |
2 мин | Учитель раздаёт карточки с графиками и организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала 30 секунд определите ответ самостоятельно, затем одну минуту обсудите его с соседом. Подготовьте не только название движения, но и доказательство по наклону графика." | Индивидуально классифицируют график, затем обсуждают в парах; озвучивают вывод: "График возрастает, поэтому скорость увеличивается и движение равноускоренное". |
2 мин | Учитель задаёт вопрос: "Как на графике можно качественно сравнить два ускорения? Что означает горизонтальная линия?" Учитель фиксирует ответы на доске и корректирует неточность: "Горизонтальная линия означает $a=0$, а не отсутствие движения: тело может двигаться с постоянной ненулевой скоростью." | Сравнивают наклон двух прямых, отвечают: "Более крутая прямая соответствует большему модулю ускорения"; исправляют возможную ошибку о горизонтальном графике. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "График позволяет увидеть изменение скорости без дополнительных слов. Теперь применим формулу ускорения к конкретной задаче и проверим единицу результата."
Этап 7. Решение задачи и самостоятельная работа (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм вычисления ускорения и проверить индивидуальное понимание нового материала.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель записывает условие: "Автомобиль начинает движение и за $5\ с$ достигает скорости $10\ м/с$. Считать движение равноускоренным. Определите ускорение автомобиля." Учитель проговаривает алгоритм: "Запишите дано, выберите направление оси, укажите $v_0=0$, $v=10\ м/с$, $t=5\ с$, затем примените формулу и проверьте единицу." | Записывают условие, выделяют данные, решают у доски или в тетради: $a=\frac{10-0}{5}=2\ м/с^2$; формулируют ответ: "Ускорение автомобиля равно $2\ м/с^2$". |
2 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "В обязательном задании определите ускорение при изменении скорости от $4\ м/с$ до $10\ м/с$ за $3\ с$. В повышенном задании определите характер движения по описанию торможения. В дополнительном — сравните два графика и объясните, у какого тела ускорение больше. Работайте самостоятельно, затем проверьте запись по эталону на экране." | Решают индивидуальное задание; обязательный вариант: $a=\frac{10-4}{3}=2\ м/с^2$; в повышенном варианте указывают противоположные направления скорости и ускорения. |
2 мин | Учитель показывает эталон и проводит самопроверку: "Проверьте три позиции: правильно ли записаны начальная и конечная скорости, выполнено ли вычитание, указана ли единица $м/с^2$. Если ошибка найдена, зачеркните только ошибочный шаг и исправьте его рядом. Поднимите зелёную карточку, если готовы объяснить решение, жёлтую — если нужна консультация." | Сверяют решение с эталоном, исправляют ошибки, поднимают зелёную или жёлтую карточку, задают уточняющие вопросы. |
Эталон решения
Дано: $v_0=0\ м/с$, $v=10\ м/с$, $t=5\ с$. По формуле ускорения $a=\frac{v-v_0}{t}$. Подставляем значения: $a=\frac{10\ м/с-0\ м/с}{5\ с}=2\ м/с^2$. Ответ: $a=2\ м/с^2$. Направление ускорения совпадает с направлением движения, так как автомобиль разгоняется.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы применили формулу и проверили не только число, но и единицу измерения и направление ускорения. В финале сформулируем, что именно стало нашим новым знанием и какие вопросы ещё требуют внимания."
Этап 8. Рефлексия, итог и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, оценить степень понимания и сообщить дифференцированное домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию: "Закончите три фразы: «Ускорение — это...», «При разгоне векторы скорости и ускорения...», «На графике $v(t)$ торможение изображается...». Затем ответьте на проблемный вопрос: «Что показывает быстроту изменения скорости?»" | Формулируют ответы: "Ускорение характеризует быстроту изменения скорости"; "векторы сонаправлены"; "убывающей прямой". Заполняют «Билет на выход»: записывают определение и один жизненный пример. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите обязательный уровень и, по желанию, один повышающий или дополнительный. Перед уходом проверьте, что записали формулу, единицу измерения и смысл направления ускорения." | Записывают выбранный уровень домашнего задания и сдают «Билет на выход». |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно определены характер движения на всех предложенных графиках, правильно решена задача на ускорение, записаны формула, подстановка, единица измерения и дано объяснение направления ускорения.
- «4» — правильно выполнены графические задания и задача, но допущена одна неточность в обозначениях, формулировке физического смысла или направлении векторов.
- «3» — распознаны основные виды движения и записана формула, но допущена ошибка в вычислении, единице измерения или требуется помощь при объяснении графика.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали об ускорении и его единице измерения? | Выявление осознания определения и физического смысла $м/с^2$. |
Как по направлению векторов скорости и ускорения определить разгон или торможение? | Проверка понимания векторного характера ускорения. |
Какой график $v(t)$ соответствует равнозамедленному движению и почему? | Диагностика навыка чтения графической информации. |
На каком шаге решения задачи вы испытывали затруднение? | Выявление точек затруднения в выборе формулы, вычислении или записи единиц. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что ускорение показывает быстроту изменения скорости и измеряется в $м/с^2$. Мы научились различать разгон и торможение по направлению векторов и читать график $v(t)$. Самая частая ошибка — путать скорость со скоростью её изменения и забывать единицу измерения ускорения. На следующем уроке мы продолжим изучать прямолинейное равноускоренное движение и будем использовать полученное понятие для вывода новых зависимостей."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определение ускорения, формулу и единицу измерения; решить 3 задачи на вычисление ускорения по начальной и конечной скорости и времени, включая случай начальной скорости, отличной от нуля. | Закрепляет алгоритм применения формулы; при проверке обратить внимание на знаки, единицу $м/с^2$ и запись ответа. |
Средний (повышающий) | Решить 2 задачи на анализ графика $v(t)$: определить, где тело разгоняется, тормозит или движется равномерно, и качественно сравнить ускорения на двух участках. | Формирует навык чтения графиков и связи наклона прямой с ускорением. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить описание двух жизненных ситуаций: одной равноускоренной и одной равнозамедленной; для каждой построить схематический график $v(t)$ и объяснить направление векторов скорости и ускорения. | Развивает самостоятельное моделирование, перенос физического понятия в реальный контекст и аргументацию. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что характеризует ускорение? Какова его единица измерения? В каком случае векторы скорости и ускорения направлены одинаково? Как по графику $v(t)$ узнать, что тело тормозит?»
