Свободное падение тел. Ускорение свободного падения, законы движения. Невесомость
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться объяснять свободное падение как движение с постоянным ускорением, применять формулы $v=gt$, $s=\frac{gt^2}{2}$ и $v^2=2gs$ при решении практических задач и объяснять физический смысл невесомости.
- Сформировать представление об ускорении свободного падения $g$, его примерном значении у поверхности Земли и зависимости результатов расчёта от выбора системы отсчёта.
- Научиться выделять известные и неизвестные величины, выбирать закон движения и проверять размерность и реалистичность полученного ответа.
- Развивать умение работать с текстом учебника, видеодемонстрацией, таблицей результатов и заданиями разной сложности, включая задания в формате ОГЭ.
- Формировать ответственное отношение к безопасному проведению опытов и понимание практического значения физики для транспорта, спорта, космонавтики и инженерии.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическое значение изучения свободного падения для объяснения явлений в быту, спорте, технике и космонавтике.
- Проявляют познавательный интерес к экспериментальной проверке физических закономерностей и готовность уточнять собственную гипотезу.
- Понимают ценность аккуратности, соблюдения правил безопасности и честной фиксации результатов опыта.
- Снижают тревожность перед заданиями ОГЭ через освоение понятного алгоритма решения задач.
Метапредметные
- Извлекают информацию из текста учебника, схемы, видеодемонстрации и таблицы измерений, сопоставляя несколько источников.
- Планируют решение задачи: выделяют данные, переводят единицы, выбирают формулу, выполняют расчёт и оценивают ответ.
- Работают в паре и группе, распределяют роли экспериментатора, наблюдателя, вычислителя и докладчика.
- Используют цифровую демонстрацию и электронный таймер для фиксации результатов, формулируют вывод на основе данных.
- Аргументируют ответ, находят ошибку в готовом решении и корректируют его.
Предметные
- Знать определение свободного падения и условия, при которых сопротивлением воздуха можно пренебречь.
- Знать, что ускорение свободного падения у поверхности Земли направлено вертикально вниз и примерно равно $9{,}8\,\text{м/с}^2$, а в школьных расчётах часто принимается $10\,\text{м/с}^2$.
- Уметь применять формулы $v=gt$, $s=\frac{gt^2}{2}$ и $v^2=2gs$ для тела, начавшего падение без начальной скорости.
- Уметь строить качественные графики зависимости скорости и пути от времени и объяснять их форму.
- Объяснять невесомость как состояние, при котором тело не действует на опору или подвес вследствие свободного движения, а не как отсутствие силы тяжести.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную учебную цель: научиться уверенно решать задачи на свободное падение и объяснять невесомость.
- Осознают связь физической модели с реальными ситуациями, включая движение лифта, прыжок и полёт космического аппарата.
- Оценивают собственную готовность к выполнению базового задания и выбирают посильный уровень сложности.
Регулятивные УУД
- Формулируют учебную проблему по результатам наблюдения за падением тел.
- Планируют последовательность решения: условие, схема, формула, вычисление, единица измерения, проверка.
- Осуществляют самопроверку по эталону, обнаруживают ошибку в знаке, единицах или выборе формулы.
- Оценивают результат с помощью листа самооценки и намечают, что необходимо повторить.
Познавательные УУД
- Сравнивают падение тел разной массы и отделяют наблюдаемый результат от влияния сопротивления воздуха.
- Устанавливают причинно-следственную связь между постоянством ускорения и изменением скорости тела.
- Моделируют движение свободно падающего тела с помощью формул, таблицы и графика.
- Анализируют условие задачи в формате ОГЭ и выбирают необходимую физическую модель.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе и согласовывают единый способ обработки результатов.
- Формулируют вопрос к тексту учебника и отвечают на него доказательно.
- Представляют вывод группы, используя физические термины и численные данные.
- Корректно сравнивают решения одноклассников и предлагают исправление ошибки.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить учебник, доску или интерактивную доску, презентацию с фотографиями свободного падения, формулами, графиками и ситуацией невесомости.
- Подготовить цифровую видеодемонстрацию падения лёгкого и тяжёлого предметов в обычных условиях и в вакууме, а также короткий фрагмент о тренировке космонавтов в режиме свободного падения.
- Подготовить оборудование для опыта: два одинаковых листа бумаги, один скомканный лист, небольшая книга, линейка, электронный таймер или секундомер, безопасная площадка для падения.
- Распечатать по одному на каждого ученика лист самооценки и карточку с заданиями трёх уровней сложности.
- Распечатать по одной таблице наблюдений на каждую группу из четырёх человек.
- Вывести на доску памятку: $v=gt$, $s=\frac{gt^2}{2}$, $v^2=2gs$, $g\approx 9{,}8\,\text{м/с}^2\approx 10\,\text{м/с}^2$.
- Подготовить методические ресурсы: текст учебника по теме, электронную презентацию, видеодемонстрацию, таймер и интерактивный тест с автоматической проверкой.
- Заранее проверить видео, работу проектора, интерактивной доски и доступность локальных файлов, чтобы урок не зависел от интернет-соединения.
- Разложить карточки по цветам: базовый уровень — зелёные, повышающий — синие, дополнительный — красные.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическое исследование и сформулировать проблему урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране два коротких фрагмента: падение листа бумаги и падение книги. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы начнём с наблюдения, а не с определения. Посмотрите на экран: оба предмета отпущены одновременно. Почему один достигает пола заметно позже? Не спешите отвечать, сначала зафиксируйте наблюдение». | Наблюдают два фрагмента, записывают в тетради различие во времени падения, предполагают: «Лист тормозит воздух», «Книга тяжелее». | 1 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». «Сначала 30 секунд сформулируйте собственную гипотезу, затем обсудите её с соседом. В ответе обязательно назовите, что действует на падающее тело». | Формулируют гипотезы индивидуально, обсуждают их в парах и сообщают: «На тела действует сила тяжести, а сопротивление воздуха по-разному влияет на их движение». | 2 мин | Учитель демонстрирует падение скомканного и расправленного листа. «Теперь условия почти одинаковы по массе, но форма различается. Какой вопрос нам нужно решить, чтобы описывать падение количественно? Сегодня выясним, как меняются путь и скорость, почему появляется ускорение $g$ и что происходит с весом тела при свободном падении». | Наблюдают опыт, формулируют проблемный вопрос: «По какому закону движется свободно падающее тело и почему возникает невесомость?» |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что наблюдаемое падение зависит от сопротивления воздуха. Теперь отделим влияние воздуха от действия силы тяжести и вспомним, какие величины описывают равноускоренное движение».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: восстановить опорные знания о равноускоренном движении и обнаружить необходимость новой модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит на экран пять утверждений и предлагает приём «Светофор». «Поднимите зелёную карточку, если утверждение верно, жёлтую — если сомневаетесь, красную — если неверно. Первое: ускорение показывает изменение скорости за единицу времени. Второе: при равноускоренном движении скорость каждую секунду изменяется на одинаковую величину. Третье: путь всегда вычисляется как произведение скорости на время. Четвёртое: вектор ускорения имеет направление. Пятое: если тело отпустили без толчка, его начальная скорость равна нулю». | Показывают карточки, исправляют третье утверждение: «Путь не всегда равен $vt$, при изменяющейся скорости используют среднюю скорость или формулу равноускоренного движения». Объясняют, что начальная скорость при отпускании равна нулю. | 3 мин | Учитель записывает на доске задачу: «Автомобиль начинает движение из состояния покоя и за 4 секунды достигает скорости 8 м/с. Найдите ускорение». «Решайте по алгоритму: данные, формула, вычисление, единица. Почему для свободного падения нам понадобится такой же алгоритм?» | Решают: $a=\frac{v-v_0}{t}=\frac{8-0}{4}=2\,\text{м/с}^2$. Делают вывод: «Свободное падение тоже может быть равноускоренным движением, только ускорение определяется действием Земли». |
Эталон решения
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
$v_0=0$, $v=8\,\text{м/с}$, $t=4\,\text{с}$. По формуле $a=\frac{v-v_0}{t}$ получаем $a=\frac{8}{4}=2\,\text{м/с}^2$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили признаки равноускоренного движения и алгоритм решения. Но пока не знаем, чему равно ускорение падающего тела и как описать его путь. Сформулируем цель исследования».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: определить учебную задачу и критерии успешной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель обращается к классу: «Представьте, что нужно определить скорость камня через 3 секунды после начала падения, не измеряя её непосредственно. Какие данные и закон нам нужны? А как определить высоту, с которой камень упал за это время?» Учитель фиксирует ответы в виде кластера: «ускорение», «время», «скорость», «путь». | Называют известные величины и формулируют вопросы: «Нужно знать $g$», «Нужна формула скорости», «Нужна формула пути». | 2 мин | Учитель предлагает сформулировать цель и критерии успеха. «К концу урока вы должны уметь объяснить, что такое свободное падение, выбрать закон для расчёта скорости или пути, решить одну базовую задачу и объяснить невесомость без фразы “гравитации нет”». | Записывают цель урока, называют критерии: «понимаю модель», «выбираю формулу», «правильно считаю», «могу объяснить невесомость». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Цель определена: от наблюдения перейти к модели, формулам и объяснению невесомости. Сейчас обратимся к тексту учебника и проверим наши предположения».
Этап 4. Открытие нового знания и работа с учебником (10 мин)
Цель этапа: вывести и осмыслить основные законы свободного падения через чтение, демонстрацию и работу с графиком.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает смысловое чтение. «Откройте учебник на разделе о свободном падении. Прочитайте определение и найдите три условия модели: какое тело рассматриваем, чем пренебрегаем, каким считается движение. Отметьте в тексте знаком “+” новое и знаком “?” непонятное». | Читают фрагмент, выделяют определение, формулируют: «Свободное падение — движение тела только под действием силы тяжести; сопротивлением воздуха пренебрегают». | 3 мин | Учитель показывает на доске схему вертикального движения и объясняет: «Если тело отпущено без начальной скорости, $v_0=0$. Ускорение направлено вниз и равно $g$. Поэтому из общего закона скорости получаем $v=gt$, а из закона перемещения — $s=\frac{gt^2}{2}$. Посмотрите, почему время входит в формулу пути во второй степени: скорость всё время увеличивается». | Переносят схему в тетрадь, проговаривают: «Скорость растёт линейно со временем, путь — пропорционален квадрату времени». | 2 мин | Учитель демонстрирует таблицу: при $g=10\,\text{м/с}^2$ для $t=0$, $1$, $2$, $3$ с. «Заполните пропуски и по точкам опишите графики $v(t)$ и $s(t)$. Что изменится, если взять $g=9{,}8\,\text{м/с}^2$?» | Заполняют таблицу: $v$: 0, 10, 20, 30 м/с; $s$: 0, 5, 20, 45 м. Делают вывод: «При точном значении $g$ числа немного изменятся, но характер движения останется тем же». | 2 мин | Учитель задаёт вопрос по материалу учебника: «Почему тяжёлое и лёгкое тело в вакууме падают одинаково? Не отвечайте “потому что они одинаковые”: назовите роль силы тяжести и массы». | Объясняют: «Сила тяжести пропорциональна массе, а ускорение $a=F/m$, поэтому масса сокращается; в вакууме оба тела получают одинаковое $g$». |
Запись в тетрадях
Свободное падение — движение тела под действием силы тяжести при пренебрежимо малом сопротивлении воздуха. У поверхности Земли $g\approx 9{,}8\,\text{м/с}^2$, в школьных задачах часто $g\approx 10\,\text{м/с}^2$. При $v_0=0$: $v=gt$, $s=\frac{gt^2}{2}$, $v^2=2gs$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы получили модель и три рабочие формулы. Теперь проверим их не пересказом, а расчётами: сначала вместе, затем самостоятельно».
Этап 5. Первичное закрепление: практические задачи (8 мин)
Цель этапа: отработать выбор формулы и применение законов свободного падения в задачах разной сложности.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт зелёные карточки и разбирает задачу: «Мяч отпустили с балкона. Какую скорость он приобретёт через 2 секунды? Сопротивлением воздуха пренебречь, принять $g=10\,\text{м/с}^2$. Назовите данные, неизвестное и формулу». Учитель просит одного ученика объяснять решение у доски, а классу — сверяться с алгоритмом. | Записывают $v_0=0$, $t=2\,\text{с}$, $g=10\,\text{м/с}^2$, выбирают $v=gt$, получают $v=20\,\text{м/с}$ и указывают направление: вниз. | 3 мин | Учитель предлагает парам выбрать синюю или зелёную карточку. «В первой задаче тело падает 3 секунды. Найдите путь. Во второй по скорости 20 м/с найдите путь падения. Обязательно сделайте проверку единицы измерения». | Решают в парах: $s=\frac{10\cdot 3^2}{2}=45\,\text{м}$; во второй задаче $s=\frac{v^2}{2g}=\frac{400}{20}=20\,\text{м}$. Сравнивают ответы с партнёром. | 2 мин | Учитель показывает типичную ошибку на экране: «Ученик записал $s=gt^2$, получил 90 м за 3 секунды. Найдите ошибку и объясните, откуда берётся коэффициент $\frac{1}{2}$». | Исправляют решение: «В формуле пропущен множитель $\frac{1}{2}$; путь равен площади под графиком скорости, то есть площади треугольника». |
Эталон решения
Для задачи о пути за 3 секунды: $v_0=0$, $g=10\,\text{м/с}^2$, $t=3\,\text{с}$. Используем $s=\frac{gt^2}{2}$. Подставляем: $s=\frac{10\cdot 9}{2}=45\,\text{м}$. Ошибка в записи $s=gt^2$ состоит в отсутствии множителя $\frac{1}{2}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы научились выбирать формулу по известным величинам и увидели, что внимательная запись данных защищает от типичных ошибок. Теперь каждый проверит себя индивидуально».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой. Невесомость и межпредметная связь (9 мин)
Цель этапа: применить знания индивидуально, объяснить невесомость и связать физическую модель с космонавтикой и математикой.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. «Выберите уровень, который соответствует вашей уверенности. Базовый: тело падает 4 секунды, найдите скорость и путь. Повышающий: с какой высоты тело падало 2 секунды? Дополнительный: тело достигло скорости 30 м/с, найдите время падения и путь. Работайте самостоятельно, оформляйте решение по алгоритму ОГЭ». | Решают выбранный вариант. Базовый: $v=40\,\text{м/с}$, $s=80\,\text{м}$. Повышающий: $s=20\,\text{м}$. Дополнительный: $t=3\,\text{с}$, $s=45\,\text{м}$. | 2 мин | Учитель запускает самопроверку на интерактивной доске: показывает формулы и ответы без промежуточных шагов. «Сверьте не только число, но и единицы, направление скорости и наличие коэффициента $\frac{1}{2}$. Ошибку отметьте карандашом и исправьте». | Сверяют решение с эталоном, исправляют ошибки, ставят себе отметку по критериям карточки. | 2 мин | Учитель показывает видео человека внутри самолёта, выполняющего параболический манёвр, и фотографию космонавтов на орбите. «Почему человек ощущает невесомость, хотя сила тяжести продолжает действовать? Сравните эту ситуацию с падением лифта и сформулируйте ответ в двух предложениях». | Формулируют: «При свободном движении человек и опора ускоряются одинаково, поэтому опора не давит на человека. Сила тяжести не исчезает; исчезает сила реакции опоры, а значит, вес становится равным нулю или близким к нулю». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы применили законы движения и объяснили невесомость через взаимодействие тела с опорой. Осталось собрать результаты урока, оценить понимание и определить домашнюю траекторию».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осознать освоенные способы действия, выявить затруднения и получить дифференцированное домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт лист «Билет на выход». «За одну минуту ответьте на три вопроса: какое условие обязательно для модели свободного падения; какую формулу примените для пути за заданное время; почему возникает невесомость. Не переписывайте правило, объясните своими словами». | Заполняют билет на выход: называют пренебрежение сопротивлением воздуха, выбирают $s=\frac{gt^2}{2}$ и объясняют отсутствие давления на опору. | 1 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор». «Зелёный — могу решить базовую задачу сам, жёлтый — нужна тренировка выбора формулы, красный — необходимо ещё раз разобрать смысл $g$ и невесомости. Поднимите карточку честно: это не отметка, а план помощи». | Показывают цвет, записывают в листе самооценки конкретное затруднение. | 1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и напоминает: «Выберите уровень осознанно. На следующем уроке мы начнём с разбора типичных ошибок и перейдём к движению тела, брошенного вертикально вверх». | Записывают выбранный уровень, задают уточняющие вопросы, сдают билет на выход. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы описали свободное падение как равноускоренное движение, научились находить скорость и путь, а также объяснили невесомость без ошибочного утверждения об исчезновении силы тяжести. Проверьте себя по билету на выход и выберите задание, которое поможет сделать следующий шаг».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно решены все задания выбранной карточки, записаны данные и единицы измерения, формулы выбраны обоснованно, выполнена проверка ответа; объяснение невесомости содержит указание на свободное движение и отсутствие силы реакции опоры.
- «4» — правильно решены базовые задания и допущена одна вычислительная или оформительская ошибка, не нарушающая понимания закона; объяснение невесомости в основном верное.
- «3» — правильно выполнено базовое задание на одну формулу, но допущены ошибки при выборе закона, вычислении или объяснении невесомости; ученик исправляет ошибку после подсказки.
- Ниже «3» — отсутствует правильная модель движения или решение не доведено до численного ответа; работа используется для индивидуальной коррекции, а не для усиления тревожности перед ОГЭ.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое условие позволяет считать движение свободным падением? | Проверка понимания физической модели и границ её применения. |
Какую формулу вы выберете, если известны время и ускорение, а начальная скорость равна нулю? | Выявление осознанности выбора закона движения. |
Какая ошибка в решении оказалась для вас наиболее вероятной? | Выявление точек затруднения в алгоритме и необходимости коррекции. |
Почему при невесомости сила тяжести не исчезает? | Проверка понимания различия между силой тяжести, весом и силой реакции опоры. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы увидели, что свободное падение — это не просто “падение вниз”, а движение с определённым ускорением и законами, которые можно проверить расчётом. Важно не путать вес тела с силой тяжести: при невесомости сила тяжести действует, но исчезает давление на опору. Типичная ошибка — забывать множитель $\frac{1}{2}$ в формуле пути и не указывать единицы измерения. На следующем уроке мы применим сегодняшние законы к телу, брошенному вертикально вверх, и разберём новые задания в формате ОГЭ».{
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 4 задачи на свободное падение из состояния покоя: две на нахождение скорости по времени и две на нахождение пути по времени; принять $g=10\,\text{м/с}^2$, оформить данные, формулу, вычисления и ответ. | Закрепляет базовый алгоритм и проверяет правильность применения $v=gt$ и $s=\frac{gt^2}{2}$; при проверке обратить внимание на единицы и множитель $\frac{1}{2}$. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи на разные неизвестные: найти время по скорости, высоту по конечной скорости и скорость по пройденному пути; одну задачу оформить в стиле краткого ответа ОГЭ. | Развивает преобразование формул и выбор закона по условию; при проверке смотреть, выделены ли известные величины и выполнена ли проверка реалистичности ответа. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить письменное объяснение на 8–10 предложений: «Почему космонавты на орбите испытывают невесомость?» и решить одну задачу с использованием $g=9{,}8\,\text{м/с}^2$, сравнив результат с расчётом при $g=10\,\text{м/с}^2$. | Формирует умение объяснять физическое явление, работать с точным и приближённым значением ускорения и оценивать влияние округления на результат. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что называют свободным падением? Куда направлено ускорение свободного падения? Какую формулу применить для скорости через время $t$? Почему при невесомости сила тяжести не исчезает?»
