Невесомость и перегрузки
Цели и задачи
- Цель: к концу урока научиться объяснять физические причины невесомости и перегрузок, различать эти состояния и решать типовые задачи ОГЭ с использованием формулы веса тела при ускоренном движении.
- Сформировать представление о невесомости как состоянии, при котором тело не действует на опору или подвес, и о перегрузке как увеличении силы давления на опору.
- Научиться применять второй закон Ньютона к движению тела на опоре и объяснять результаты через изменение силы реакции опоры.
- Развивать умение анализировать физическую ситуацию, выделять действующие силы, выбирать модель и аргументировать решение в устной и письменной форме.
- Показать связь темы с космонавтикой, транспортом, безопасностью полётов и содержанием заданий ОГЭ, формируя ответственное отношение к применению физических знаний.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению ощущений человека в лифте, самолёте и космическом корабле.
- Осознают значение физических знаний для безопасного поведения пассажиров, космонавтов и работников технических профессий.
- Снижают тревожность перед ОГЭ через понимание алгоритма решения задач по теме.
- Оценивают необходимость точного соблюдения условий безопасности при ускоренном движении.
Метапредметные
- Выделяют из условия задачи тело, опору, направление ускорения и действующие силы.
- Строят простейшие схемы сил и используют их для выбора уравнения движения.
- Сопоставляют жизненное описание явления с физической моделью и формулой.
- Проверяют размерность, знак и реалистичность полученного результата.
- Формулируют выводы, участвуют в обсуждении и аргументируют ответ с опорой на физические законы.
Предметные
- Знать определения невесомости, перегрузки, веса тела и силы реакции опоры.
- Понимать, что невесомость возникает при свободном падении тела вместе с опорой.
- Уметь объяснять увеличение или уменьшение веса тела при вертикальном ускорении опоры.
- Уметь применять формулы $P=m(g+a)$ и $P=m(g-a)$ в задачах с вертикальным движением.
- Уметь определять коэффициент перегрузки по отношению веса тела к силе тяжести: $n=\frac{P}{mg}$.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают практическую ценность темы для профессий пилота, космонавта, инженера и врача.
- Формируют готовность преодолевать затруднение через последовательный анализ условия задачи.
- Оценивают собственный уровень понимания по критериям «могу объяснить», «могу применить», «нужна помощь».
- Проявляют ответственность при обсуждении безопасности ускоренного движения.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и формулируют план её достижения.
- Определяют, какая формула соответствует направлению ускорения.
- Контролируют правильность построения схемы сил и вычислений.
- Исправляют ошибку после сравнения с эталоном решения.
- Оценивают результат через самооценку и билет на выход.
Познавательные УУД
- Различают силу тяжести, вес тела и силу реакции опоры.
- Анализируют модель тела в лифте и выделяют направление ускорения.
- Сравнивают состояния покоя, свободного падения, разгона вверх и торможения при движении вниз.
- Преобразуют текст задачи в схему и математическую модель.
- Устанавливают причинно-следственную связь между ускорением опоры и изменением веса тела.
Коммуникативные УУД
- Формулируют гипотезу и проверяют её в парном обсуждении.
- Задают уточняющие вопросы о направлении ускорения и выборе формулы.
- Аргументируют решение, используя термины «опора», «ускорение», «сила реакции опоры».
- Сверяют решение с партнёром и корректно указывают на ошибку.
- Представляют классу краткий вывод по проблемной ситуации.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с изображениями лифта, аттракциона, самолёта при взлёте и космонавта на орбите.
- Вывести на доску или отдельный слайд памятку: «1. Выбери тело и опору. 2. Покажи силы. 3. Определи направление ускорения. 4. Выбери формулу. 5. Проверь ответ».
- Распечатать карточки с четырьмя ситуациями для работы в парах — по одной на парту, 15 экземпляров.
- Распечатать индивидуальные карточки трёх уровней с задачами ОГЭ — по одной на каждого ученика, 30 экземпляров.
- Подготовить листы для приёма «Светофор» или карточки зелёного, жёлтого и красного цвета — по одному комплекту на ученика.
- Подготовить демонстрацию с пружинным динамометром и грузом либо короткую видеозапись движения лифта с показаниями динамометра.
- Подготовить эталон решения двух задач для самопроверки и критерии оценивания на экране.
- Проверить, что на слайде после объяснения указаны определения: вес тела, невесомость, перегрузка и коэффициент перегрузки.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовность: тетрадь, ручка, линейка и карточка для ответов должны лежать на столе. Сегодня мы будем не просто слушать объяснение, а выяснять, почему человек в лифте иногда ощущает себя тяжелее или легче. Это явление встречается и в заданиях ОГЭ, поэтому в конце урока мы потренируем экзаменационный алгоритм." | Проверяют готовность к работе, записывают дату и тему урока. |
2 мин | Учитель показывает на экране два изображения: человек в лифте и космонавт внутри космического корабля: "Посмотрите на изображения. Почему космонавт не падает на пол корабля? Почему в лифте при начале движения человек может почувствовать изменение своего веса? Запишите первое предположение одним предложением. Приём называется «Подумай — обсуди в паре — поделись»." | Индивидуально формулируют предположение, затем обсуждают его в парах и сообщают варианты: "Корабль и человек движутся вместе"; "При ускорении меняется давление на опору". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши предположения связаны с движением опоры и тела. Сейчас проверим, какие силы действуют в этих ситуациях и почему показания динамометра могут изменяться."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: восстановить знания о силах, весе тела и втором законе Ньютона.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске рисунок груза на горизонтальной опоре: "Назовите силы, действующие на груз. Какая сила направлена вниз? Какая сила действует со стороны опоры? Вспомните, чем вес тела отличается от силы тяжести. Не торопитесь: в сегодняшней теме именно это различие станет главным." | Называют силы: "Сила тяжести направлена вниз, сила реакции опоры — вверх"; формулируют: "Вес — сила, с которой тело действует на опору или подвес". |
3 мин | Учитель записывает $F=ma$ и задаёт вопросы: "Что произойдёт с движением тела, если равнодействующая сил не равна нулю? Как направлены ускорение и равнодействующая? Если тело покоится на неподвижной горизонтальной опоре, чему равна сила реакции опоры?" Учитель фиксирует ответы в краткой схеме. | Отвечают: "У тела появляется ускорение"; "Ускорение направлено как равнодействующая"; записывают для покоя $N=mg$ и делают вывод $P=mg$. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что в покое вес равен силе тяжести только при определённых условиях. Теперь создадим ситуацию, в которой тело и опора движутся с ускорением, и найдём причину изменения веса."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение и совместно сформулировать учебную задачу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует груз на динамометре и сообщает: "Представим, что динамометр с грузом находится в кабине лифта. В первом случае кабина стоит, во втором начинает двигаться вверх, в третьем свободно падает. Показания прибора во всех случаях одинаковыми быть не могут. Как определить их изменение?" Учитель не сообщает формулу, а просит назвать недостающий способ рассуждения. | Сравнивают ситуации и предполагают: "Нужно учитывать ускорение лифта"; "Надо рассмотреть силы и применить второй закон Ньютона". |
2 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: "Почему при свободном падении возникает невесомость, а при ускорении вверх — перегрузка? Как по условию задачи понять, какую формулу применять? Сформулируйте цель урока так, чтобы её можно было проверить в конце." | Формулируют цель: "Научиться объяснять невесомость и перегрузки и решать задачи на изменение веса при вертикальном ускорении"; 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: "Цель поставлена. Дальше мы построим физическую модель, выведем формулы и проверим их на ситуациях, похожих на задания ОГЭ."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: вывести формулы веса тела при вертикальном ускорении и установить условия невесомости и перегрузки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает схему тела на опоре и говорит: "Рассмотрим тело массой $m$ в кабине лифта. На него действуют сила тяжести $mg$, направленная вниз, и реакция опоры $N$, направленная вверх. Вес тела по модулю равен силе, с которой тело действует на опору, поэтому $P=N$. Если ускорение кабины направлено вверх, запишем второй закон Ньютона: $N-mg=ma$. Отсюда получаем $P=N=m(g+a)$." | Перерисовывают схему сил, записывают уравнение $N-mg=ma$ и формулу $P=m(g+a)$; проговаривают: "При ускорении вверх вес увеличивается". |
3 мин | Учитель меняет направление ускорения на схеме: "Теперь кабина ускоряется вниз. Выберите положительное направление вниз и сравните силы. Получаем $mg-N=ma$, поэтому $P=N=m(g-a)$. Что произойдёт, если $a=g$?" | Записывают $P=m(g-a)$; отвечают: "При ускорении вниз вес уменьшается; если $a=g$, то $P=0$". |
3 мин | Учитель выводит на экран обобщение: "Невесомость — это состояние, при котором тело не действует на опору или подвес: $P=0$. Обычно она возникает при свободном падении, когда тело и опора движутся с ускорением $g$. Перегрузка — состояние, при котором вес больше силы тяжести. Коэффициент перегрузки определяют по формуле $n=\frac{P}{mg}$. При ускорении вверх $n=1+\frac{a}{g}$." | Записывают определения и формулы, отвечают на вопросы: "Невесомость не означает отсутствие силы тяжести"; "При невесомости отсутствует давление на опору"; "Перегрузка означает увеличение веса, а не массы". |
Запись в тетрадях
Невесомость: $P=0$; возникает при свободном падении тела и опоры. При ускорении вверх: $P=m(g+a)$. При ускорении вниз: $P=m(g-a)$. Коэффициент перегрузки: $n=\frac{P}{mg}$. Перегрузка возникает, если $P>mg$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Главное различие мы установили: сила тяжести может действовать и при невесомости, а вес равен нулю из-за отсутствия давления на опору. Теперь применим формулы сначала вместе, а затем самостоятельно."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить выбор формулы и объяснение физического смысла результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт парам карточки с ситуациями: "1) Лифт ускоряется вверх с ускорением $2\ м/с^2$. 2) Лифт ускоряется вниз с ускорением $2\ м/с^2$. 3) Кабина свободно падает. 4) Космический корабль и человек движутся по орбите. Для каждой ситуации определите, увеличивается, уменьшается или исчезает вес. Обсуждение проводим по приёму «Подумай — обсуди в паре — поделись»." | В парах распределяют ситуации, выбирают формулу или объяснение и записывают выводы: "Вверх — вес увеличивается"; "Вниз — уменьшается"; "При свободном падении — невесомость". |
4 мин | Учитель разбирает пример: "Масса человека 60 кг. Лифт начинает двигаться вверх с ускорением $2\ м/с^2$. Примем $g=10\ м/с^2$. Найдите вес человека и коэффициент перегрузки. Сначала назовите модель и формулу, затем выполните вычисления." Учитель просит одну пару представить решение, а класс проверяет его по памятке. | Записывают: $P=m(g+a)=60(10+2)=720\ Н$; $n=\frac{P}{mg}=\frac{720}{600}=1{,}2$. Формулируют ответ: "Вес равен 720 Н, перегрузка в 1,2 раза". |
Эталон решения
Дано: $m=60\ кг$, $a=2\ м/с^2$, $g=10\ м/с^2$. Ускорение направлено вверх, поэтому $P=m(g+a)$. Подставляем значения: $P=60(10+2)=720\ Н$. Сила тяжести $mg=600\ Н$. Коэффициент перегрузки $n=\frac{720}{600}=1{,}2$. Ответ: $P=720\ Н$, $n=1{,}2$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что формулу нельзя выбирать по одному слову «лифт». Нужно определить направление ускорения. Сейчас каждый проверит, умеет ли он выполнить полный алгоритм без подсказки."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное понимание темы и отработать формат типового задания ОГЭ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. Базовый вариант: "Определите вес тела массой 50 кг в лифте, который ускоряется вверх с ускорением $1\ м/с^2$". Повышенный вариант: "Лифт движется вниз с ускорением $2\ м/с^2$. Найдите вес человека массой 70 кг". Дополнительный вариант: "При движении вверх вес тела массой 50 кг равен 600 Н. Найдите ускорение лифта". Учитель напоминает: "$g=10\ м/с^2$, обязательно записывайте направление ускорения и формулу". | Индивидуально решают выбранную задачу, рисуют схему сил, записывают дано, формулу, вычисления и ответ. При затруднении используют памятку, но отмечают место затруднения. |
4 мин | Учитель выводит эталон: "Сверьте не только число, но и физический смысл. Если лифт ускоряется вверх, ответ должен быть больше $mg$; если вниз — меньше. Отметьте зелёным правильный шаг, жёлтым — шаг, который нужно исправить, красным — вопрос, требующий объяснения." | Проверяют решение по эталону, исправляют ошибки и заполняют карточку «Светофор». Возможные ответы: $P=550\ Н$; $P=560\ Н$; $a=2\ м/с^2$. |
Эталон решения
Для базовой задачи: $P=m(g+a)=50(10+1)=550\ Н$. Для повышенной: $P=m(g-a)=70(10-2)=560\ Н$. Для дополнительной задачи: $600=50(10+a)$, $10+a=12$, поэтому $a=2\ м/с^2$. В каждом решении необходимо проверить: при ускорении вверх $P>mg$, при ускорении вниз $P<mg$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ошибки чаще всего возникают не в вычислениях, а при выборе знака перед ускорением. Запомните: сначала направление ускорения и схема сил, затем формула. В заключение проверим, как новое знание связано с реальными ситуациями и сформулируем личный результат урока."
Этап 7. Включение в систему знаний и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: связать понятия с практикой, оценить достижение цели и зафиксировать затруднения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает три коротких вопроса: "Почему космонавт на орбите испытывает невесомость, хотя сила тяжести действует? Почему при резком торможении автомобиля пассажир сильнее давит на ремень? Какое условие необходимо для перегрузки?" | Формулируют ответы: "Космонавт и корабль свободно падают вместе"; "При торможении тело стремится продолжать движение, возникает большая сила со стороны ремня"; "Вес должен стать больше силы тяжести". |
3 мин | Учитель проводит рефлексию: "Закончите три фразы: «Сегодня я понял…», «Теперь я умею…», «Мне ещё нужно потренировать…». Затем заполните билет на выход: объясните одним предложением, почему невесомость не означает отсутствия силы тяжести." | Заполняют фразы и билет на выход. Пример ответа: "При невесомости сила тяжести действует, но тело и опора свободно падают, поэтому давление на опору равно нулю". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы научились отличать вес от силы тяжести, объяснять невесомость и перегрузку и применять формулы в задачах. Проверьте дома, сможете ли вы объяснить эти явления без записи формулы, а затем подтвердить объяснение расчётом."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно определены силы и направление ускорения, выбрана нужная формула, без ошибок решены обе обязательные части карточки либо выполнена задача повышенного уровня; ответ содержит единицы измерения и физический вывод.
- «4» — основная физическая модель и формула выбраны верно, но допущена одна вычислительная или оформительская ошибка, не изменяющая ход решения.
- «3» — ученик различает невесомость и перегрузку, записывает подходящую формулу с помощью памятки, но допускает ошибки в направлении ускорения или вычислениях.
- Ниже базового уровня — не определены действующие силы или перепутаны вес и сила тяжести; требуется повторный разбор алгоритма на следующем уроке.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о различии веса и силы тяжести? | Выявление осознания ключевого понятийного различия темы. |
Как определить, какую формулу использовать при движении лифта? | Проверка понимания алгоритма анализа направления ускорения. |
Почему при свободном падении возникает невесомость? | Проверка причинного объяснения явления, а не механического запоминания определения. |
На каком шаге решения задачи вам понадобилась помощь? | Выявление индивидуальной точки затруднения для последующей коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что невесомость — это не исчезновение силы тяжести, а отсутствие давления тела на опору при совместном свободном падении. Мы научились объяснять перегрузку и находить вес тела при ускорении вверх или вниз. Самая частая ошибка — перепутать вес с силой тяжести или выбрать знак ускорения без анализа направления движения. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на движение связанных тел и будем использовать этот же алгоритм: схема сил, закон Ньютона, формула и проверка результата."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 4 задачи: две на нахождение веса при ускорении вверх и вниз, одну на определение коэффициента перегрузки и одну на объяснение невесомости при свободном падении. Использовать $g=10\ м/с^2$. | Закрепляет определения и базовый алгоритм; при проверке обратить внимание на направление ускорения, формулу и единицы измерения. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи с обратным поиском: по известному весу найти ускорение, по коэффициенту перегрузки найти вес и по описанию движения определить состояние тела. | Развивает преобразование формул и умение переходить от текста к физической модели; проверить обоснование выбранного знака. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить и решить собственную задачу о лифте, самолёте или космическом корабле, в которой требуется сравнить силу тяжести и вес тела в двух режимах движения. | Формирует умение создавать физическую модель и объяснять результат в реальном контексте; проверить корректность условия, решения и вывода. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют весом тела?», «При каком условии возникает невесомость?», «Как изменяется вес при ускорении опоры вверх?», «Почему при ускорении вниз вес может стать равным нулю?». Ответьте на каждый вопрос одним точным предложением.
