Третий закон Ньютона: взаимодействие тел и силы действия и противодействия
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться формулировать третий закон Ньютона, изображать силы взаимодействия двух тел и применять закон при решении не менее двух практических и экзаменационных задач.
- Сформировать представление о том, что силы действия и противодействия возникают одновременно, равны по модулю, противоположны по направлению и приложены к разным телам.
- Научиться различать пару сил по третьему закону Ньютона и две силы, уравновешивающие друг друга на одном теле.
- Развивать умение наблюдать физическое явление, выдвигать гипотезу, проверять её экспериментом и аргументировать вывод.
- Формировать ответственное отношение к совместной работе, самоконтролю и преодолению затруднений при решении заданий ОГЭ.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение законов механики для объяснения явлений в технике, спорте и повседневной жизни.
- Проявляют познавательный интерес к экспериментальной проверке физических закономерностей.
- Принимают необходимость точного соблюдения правил работы в паре и корректного обсуждения разных гипотез.
- Снижают тревожность перед заданиями ОГЭ через пошаговый анализ условия и проверку ответа.
Метапредметные
- Выделяют существенные признаки взаимодействия тел и извлекают информацию из схемы, наблюдения и текста задания.
- Сравнивают силы по модулю, направлению и точке приложения, устанавливают причинно-следственные связи.
- Планируют эксперимент, фиксируют наблюдения в таблице и формулируют вывод на основе полученных данных.
- Работают в паре и группе, аргументируют ответ и используют физическую терминологию.
- Проверяют решение по критериям и корректируют ошибочные рассуждения.
Предметные
- Знать формулировку третьего закона Ньютона и математическую запись $\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}$.
- Уметь определять тела, взаимодействующие друг с другом, и строить векторы сил действия и противодействия.
- Уметь объяснять, почему силы действия и противодействия не компенсируют друг друга.
- Уметь применять закон к ситуациям с человеком, опорой, магнитами, пружинами и движением тел.
- Уметь решать качественные задания и задания экзаменационного формата с выбором ответа.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают практическую ценность закона для понимания движения транспорта, отдачи и взаимодействия с опорой.
- Формируют готовность признавать ошибку в рассуждении и исправлять её.
- Выбирают уровень задания с учётом собственных возможностей и стремятся перейти к более сложному уровню.
Регулятивные УУД
- Принимают и сохраняют учебную цель, сформулированную через проблемный вопрос.
- Планируют последовательность: определить тела, назвать силы, сравнить направления, сделать вывод.
- Осуществляют самопроверку по эталону и используют светофор для фиксации затруднений.
- Корректируют решение после обсуждения ошибки в игровой ситуации.
Познавательные УУД
- Наблюдают взаимодействие тел и выделяют повторяющийся признак явления.
- Моделируют силы стрелками на рисунке и переводят словесное условие в физическую схему.
- Сравнивают пару сил действия и противодействия с силами, действующими на одно тело.
- Анализируют данные эксперимента и обосновывают вывод формулой и словами.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: экспериментатор, наблюдатель, докладчик.
- Задают уточняющие вопросы и формулируют аргументированный ответ.
- Согласуют общий вывод группы и представляют его классу.
- Корректно возражают, используя выражения «Я считаю, что… потому что…».
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую парту два динамометра, соединённых крючками, или один комплект динамометров на группу из четырёх человек.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: базовые качественные вопросы, задания на схемы сил и повышенные задачи формата ОГЭ — по одной карточке каждого уровня на ученика.
- Подготовить по два магнита, резиновую ленту, тележки или бруски с крючками для демонстрации взаимодействия.
- Вывести на экран изображения: человек отталкивается от стены, лодка отходит от берега, ракета движется вверх, мяч ударяется о стену.
- Подготовить игровое поле «Физический детектив» с жетонами за правильное определение тел, сил и направления стрелок.
- Написать на доске проблемный вопрос: «Почему при равенстве сил взаимодействия тела не останавливаются?»
- Подготовить таблицу наблюдений: «Тела — направление первой силы — направление второй силы — сравнение модулей».
- Распечатать мини-лист самооценки и карточки светофора по одной на каждого ученика.
- Подготовить проектор, интерактивную доску, маркеры, линейку и листы для групповой работы.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и вызвать интерес к проблеме взаимодействия тел.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране фотографию прыжка с лодки: "Ребята, сегодня мы начнём с короткого наблюдения. Человек отталкивается от лодки, лодка движется назад, а человек — вперёд. Подумайте: какое тело действует на другое? Может ли лодка получить движение сама по себе?" | Рассматривают изображение, индивидуально формулируют предположение: "Человек действует на лодку, а лодка действует на человека". |
2 мин | Учитель объявляет игру «Физический детектив»: "Сегодня каждая группа будет раскрывать физические дела. За правильное определение тел, сил и ошибки в рассуждении вы получите жетон. В конце важно не количество жетонов, а точность объяснения." | Объединяются в пары, готовят тетради и принимают правила игры. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что при взаимодействии движение получают оба тела. Теперь выясним, как связаны силы, с которыми тела действуют друг на друга."
Этап 2. Актуализация знаний и практическая проба (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия силы, вектора, модуля и направления силы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает два магнита: "Назовите, что происходит при сближении магнитов. Как можно описать это взаимодействие физически? Что характеризует силу как векторную величину?" | Отвечают: "Магниты притягиваются или отталкиваются"; называют модуль, направление и точку приложения силы. |
2 мин | Учитель раздаёт парам динамометры: "Соедините крючки и медленно растягивайте приборы. Следите за показаниями. Запишите, одинаковы ли они, когда оба динамометра находятся в покое." | Соединяют динамометры, наблюдают одинаковые показания, записывают: "Показания примерно равны". |
2 мин | Учитель задаёт вопрос: "Если оба динамометра показывают одинаковую силу, значит ли это, что силы действуют на одно тело и уничтожают друг друга? Обсудите ответ 30 секунд." | Обсуждают в парах; часть учеников предполагает: "Силы равны и противоположны, но действуют на разные динамометры". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы обнаружили равенство показаний, но пока не объяснили, почему равные силы не всегда уравновешивают тело. Это и будет нашим главным затруднением."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить условие, отличающее силы действия и противодействия от сил, уравновешивающих тело.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске два утверждения: «Силы равны и противоположны» и «Тело покоится, потому что силы компенсируют друг друга». Затем спрашивает: "Оба утверждения всегда относятся к одной и той же паре сил? Что нужно выяснить, чтобы не ошибиться?" | Находят противоречие, формулируют: "Нужно определить, к каким телам приложены силы". |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сформулируйте цель урока одним предложением. Начните так: «Я научусь…»." | Сначала записывают цель индивидуально, затем согласуют в паре и предлагают варианты: "Научимся распознавать силы взаимодействия и изображать их на схеме". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: установить закон взаимодействия и научиться применять его без подмены сил. Переходим к открытию правила на основе опыта."
Этап 4. Открытие нового знания через эксперимент (9 мин)
Цель этапа: самостоятельно вывести признаки сил действия и противодействия и сформулировать третий закон Ньютона.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает группам эксперимент: "Соедините динамометры крючками. Один ученик тянет левый динамометр, второй — правый. Не дёргайте приборы. Сравните показания и определите направление сил, действующих на каждый динамометр." | Проводят опыт, записывают в таблицу: показания равны; силы направлены в противоположные стороны; каждая сила приложена к своему динамометру. |
3 мин | Учитель демонстрирует резиновую ленту: "Я растягиваю ленту. На какое тело действует сила упругости? А на мою руку? Направления одинаковы или противоположны?" Учитель фиксирует ответы на доске. | Отвечают: "Рука действует на ленту, лента действует на руку"; показывают стрелками противоположные направления и называют разные тела. |
3 мин | Учитель подводит группы к формулировке: "Сравните модуль, направление и точку приложения двух сил. Составьте общий вывод и запишите закон в тетрадь." | Формулируют вывод: "Силы взаимодействия равны по модулю, противоположны по направлению и приложены к разным телам"; записывают $\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}$. |
Запись в тетрадях
Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы приложены к разным телам и возникают одновременно: $\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Главный признак найден: силы равны, противоположны и приложены к разным телам. Теперь проверим закон на конкретных ситуациях и научимся отличать пару взаимодействия от равновесия сил."
Этап 5. Первичное закрепление. Игра «Физический детектив» (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм распознавания пары сил на практических примерах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки с ситуациями: «Человек давит на стену», «Магнит притягивает скрепку», «Мяч ударяется о пол». Инструкция: "Для каждой ситуации назовите два тела, изобразите силы стрелками и объясните, почему они не компенсируют друг друга." | В парах заполняют схемы. Для стены отвечают: "Человек действует на стену, стена действует на человека; силы приложены к разным телам". |
2 мин | Учитель показывает ошибочную схему, где сила тяжести и сила реакции опоры названы третьим законом Ньютона: "Найдите ошибку детектива. Какие силы здесь действуют на одно тело?" | Исправляют схему: "Сила тяжести и реакция опоры действуют на тело, поэтому это не пара действия и противодействия". |
2 мин | Учитель проводит быстрый конкурс: "Поднимите карточку Д, если это третий закон Ньютона, и Р, если это равновесие сил на одном теле." Читает три утверждения. | Поднимают карточки и объясняют выбор: «Два конькобежца оттолкнулись — Д»; «Книга покоится на столе — Р»; «Земля притягивает яблоко, яблоко притягивает Землю — Д». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы раскрыли главное заблуждение: равные противоположные силы третьего закона приложены к разным телам. Теперь каждый проверит себя индивидуально, как на экзамене."
Этап 6. Самостоятельная работа с дифференциацией и самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: применить третий закон Ньютона в заданиях трёх уровней и осуществить самоконтроль.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель объясняет выбор: "Выполните обязательное базовое задание. Затем выберите карточку среднего или повышенного уровня. Сначала определите тела, затем силы и только после этого выбирайте ответ." | Выбирают уровень, записывают его в тетради, готовят схему решения. |
5 мин | Учитель раздаёт задания. Базовый уровень: определить пару сил при взаимодействии мяча и стены. Средний: построить силы при отталкивании двух тележек. Повышенный: объяснить, почему при выстреле возникает отдача, и выбрать верное утверждение из четырёх. | Индивидуально решают задания: подписывают тела, рисуют противоположные стрелки, формулируют вывод. При необходимости используют памятку-алгоритм. |
2 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте три признака: силы равны по модулю, противоположны по направлению, приложены к разным телам. Одна ошибка в признаке означает, что рассуждение нужно исправить." | Сверяют решение с эталоном, подчёркивают место ошибки, исправляют схему. |
2 мин | Учитель проводит самооценку: "Покажите светофор: зелёный — могу объяснить самостоятельно, жёлтый — путаю приложение сил, красный — нужна помощь." | Поднимают карточку светофора и записывают в листе самооценки, какой признак требуют повторить. |
Эталон решения
Пример: человек толкает стену. 1) Взаимодействующие тела — человек и стена. 2) Человек действует на стену силой $\vec{F}_{ч\to с}$. 3) Стена действует на человека силой $\vec{F}_{с\to ч}$. 4) По третьему закону Ньютона $\vec{F}_{ч\to с}=-\vec{F}_{с\to ч}$. 5) Силы не компенсируют друг друга, потому что приложены к разным телам.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Индивидуальная работа показала, что алгоритм работает и для бытовых ситуаций, и для задания экзаменационного типа. Осталось проверить, можете ли вы сформулировать результат урока своими словами."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: осмыслить новый способ действия, выявить остаточные затруднения и определить дальнейшую практику.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт лист «Билет на выход»: "Ответьте на два вопроса. Первый: сформулируйте третий закон Ньютона. Второй: почему силы действия и противодействия не уравновешивают одно тело? Пишите кратко, но с физическим обоснованием." | Индивидуально записывают ответы: «силы равны и противоположны, но приложены к разным телам». |
1 мин | Учитель предлагает завершить фразы: "Сегодня я понял…", "Теперь я умею…", "Мне ещё нужно повторить…" | Заполняют три фразы и прикрепляют лист к доске в зоне «понял», «есть вопрос» или «нужна помощь». |
2 мин | Учитель объясняет домашнее задание и обращается к классу: "Выберите уровень, но базовый уровень обязателен для всех. Перед уходом назовите соседу по парте три признака пары сил." | Записывают задание, проговаривают признаки в паре и задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены базовое и выбранное дополнительное задание, в схемах указаны оба тела, направления и приложение сил, вывод обоснован третьим законом Ньютона.
- «4» — выполнено базовое задание и большая часть дополнительного, допущена одна неточность в обозначении направления или формулировке, но тела взаимодействия определены верно.
- «3» — базовое задание выполнено частично: названы взаимодействующие тела и указано равенство сил, но есть ошибка в направлении или в объяснении, почему силы не компенсируют друг друга.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о силах действия и противодействия? | Проверка осознания формулировки третьего закона Ньютона. |
По какому признаку вы отличаете третий закон Ньютона от равновесия сил? | Выявление понимания точки приложения сил. |
На каком шаге решения вы испытывали затруднение? | Выявление слабого места в алгоритме применения закона. |
Какой уровень задания вы выбрали и что помогло его выполнить? | Оценка самостоятельности, мотивации и адекватности самооценки. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что любое взаимодействие взаимно: если одно тело действует на другое, второе одновременно действует на первое. Запомните главный ориентир — силы третьего закона приложены к разным телам, поэтому их нельзя складывать как силы равновесия одного тела. Типичная ошибка — сравнивать силу тяжести и реакцию опоры как пару действия и противодействия. На следующем уроке мы применим законы Ньютона к движению тел и разберём больше заданий экзаменационного формата."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 4 качественные задачи на третий закон Ньютона: человек и Земля, мяч и пол, автомобиль и дорога, магнит и металлический предмет. Для каждой назвать тела и записать направление сил. | Закрепляет формулировку закона и умение определять взаимодействующие тела; при проверке смотреть на точку приложения сил. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задания со схемами сил: построить пары сил при взаимодействии двух тележек, лодки и человека, ракеты и выбрасываемых газов; кратко объяснить движение каждого тела. | Развивает моделирование и применение закона в разных контекстах; проверять наличие стрелок, подписей и вывода. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить собственную задачу формата ОГЭ о третьем законе Ньютона с четырьмя вариантами ответа, один из которых верный, и написать объяснение правильного выбора. | Формирует умение конструировать условие и анализировать типичные ошибки; проверять однозначность формулировки и корректность ответа. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какие три признака имеют силы действия и противодействия?», «К каким телам они приложены?», «Почему силы тяжести и реакции опоры обычно не являются парой сил третьего закона Ньютона?»
