Второй закон Ньютона
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока научиться формулировать второй закон Ньютона, записывать формулу $F=ma$, определять единицы физических величин и применять закон для расчёта силы, массы и ускорения в учебных задачах.
- Сформировать умение выбирать верное утверждение о связи равнодействующей силы, массы и ускорения и объяснять направление ускорения.
- Научить вычислять неизвестную величину по формулам $a=F:m$, $F=ma$ и $m=F:a$, выполняя проверку единиц измерения.
- Развивать умение анализировать условия задач, сравнивать ускорения тел и выстраивать алгоритм решения.
- Формировать ответственное отношение к записи решения и снижать тревожность перед заданиями экзаменационного формата через пошаговую работу и самопроверку.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую значимость закона Ньютона для описания движения транспорта, механизмов и спортивных объектов.
- Проявляют уверенность в решении расчётных задач благодаря использованию понятного алгоритма.
- Понимают ценность точности, последовательности и проверки результата при работе с физическими величинами.
- Формируют готовность спокойно выполнять задания экзаменационного типа и исправлять ошибки.
Метапредметные
- Извлекают данные из условия задачи и представляют их в виде краткой записи или таблицы.
- Выбирают формулу в зависимости от искомой величины и преобразуют её.
- Сравнивают физические ситуации, устанавливают причинно-следственную связь между силой, массой и ускорением.
- Работают с партнёром, аргументируют выбор ответа и используют эталон для самопроверки.
- Планируют решение, контролируют единицы измерения и оценивают правдоподобие результата.
Предметные
- Знать формулировку второго закона Ньютона для материальной точки в инерциальной системе отсчёта.
- Уметь записывать закон в виде $F=ma$ и выражать из него ускорение и массу.
- Знать, что равнодействующая сила измеряется в ньютонах, масса — в килограммах, ускорение — в метрах на секунду в квадрате.
- Уметь определять направление ускорения и объяснять зависимость ускорения от силы и массы.
- Уметь решать простую задачу о движении тележки и оформлять решение с ответом.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный уровень понимания формулы и выбирают способ исправления затруднения.
- Связывают изучаемый закон с безопасностью и эффективностью движения транспорта.
- Осознают необходимость точной записи единиц и обоснованного ответа.
- Проявляют учебную самостоятельность при выполнении индивидуальной части рабочего листа.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель работы с рабочим листом и планируют последовательность действий.
- Проверяют правильность подстановки величин и соответствие единиц измерения.
- Сопоставляют собственное решение с эталоном и находят место ошибки.
- Оценивают результат по критериям и намечают действие для устранения затруднения.
Познавательные УУД
- Выделяют в условии задачи силу, массу, ускорение и искомую величину.
- Классифицируют утверждения как истинные или ложные на основе формулы.
- Моделируют зависимость $a=F:m$ с помощью таблицы и сравнительных рассуждений.
- Используют знаково-символическую запись и преобразуют формулу.
- Анализируют лишнюю величину и объясняют, почему температура не входит непосредственно в закон.
Коммуникативные УУД
- Обсуждают в паре выбор ответа и формулируют краткое доказательство.
- Задают уточняющие вопросы о направлении силы и ускорения.
- Представляют решение у доски, соблюдая последовательность записи.
- Корректно принимают замечания партнёра и участвуют во взаимопроверке.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать рабочий лист «Второй закон Ньютона» по одному экземпляру на каждого ученика и подготовить 3 запасных экземпляра.
- Подготовить карточки для парной проверки с ответами к заданиям №1–10; по одной карточке на пару.
- Вывести на доску или экран схему: $F=ma$, $a=F:m$, $m=F:a$ и таблицу единиц измерения.
- Подготовить изображение тележки, движущейся под действием равнодействующей силы 12 Н, для разбора задания №10.
- Разделить доску на зоны «Формула», «Величины и единицы», «Алгоритм решения», оставив место для решений учеников.
- Подготовить сигнальные карточки зелёного, жёлтого и красного цвета для быстрой обратной связи.
- Подготовить таймер на 3 минуты для выполнения коротких заданий и взаимопроверки.
- Обеспечить наличие проектора или интерактивной доски, маркеров, тетрадей и калькуляторов по правилам класса.
- Раздать каждому ученику лист самооценки с пунктами «Я знаю формулу», «Я умею находить ускорение», «Я могу решить задачу».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учеников в учебную деятельность и показать практический смысл зависимости силы, массы и ускорения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки и рабочего листа. Сегодня мы будем работать как физики-исследователи: сначала установим связь между тремя величинами, затем применим её к заданиям экзаменационного формата." | Проверяют готовность, записывают дату и тему урока: «Второй закон Ньютона». |
2 мин | Учитель показывает изображение пустой и загруженной тележки: "Представьте, что на две тележки действует одинаковая сила. Какая тележка быстрее изменит скорость — лёгкая или тяжёлая? А что произойдёт с ускорением, если увеличить силу? Сегодня мы получим точное правило, а не будем угадывать." Использует приём «Проблемный вопрос». | Формулируют предположения: «Лёгкая тележка получит большее ускорение», «при увеличении силы ускорение возрастает». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Ваши предположения нужно проверить физическим законом. Сейчас вспомним, какие знания понадобятся для этого."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия силы, массы, ускорения, равнодействующей силы и единиц измерения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Вспомните, что называют ускорением, силой и массой. Сначала запишите определения самостоятельно, затем обсудите их с соседом." | Записывают по одному определению, обсуждают в парах и предлагают формулировки: «ускорение показывает изменение скорости», «сила характеризует действие одного тела на другое», «масса характеризует инертность». |
3 мин | Учитель записывает на доске $a$, $F$, $m$ и спрашивает: "В каких единицах измеряются эти величины? Что называют равнодействующей силой? Если на тело действуют несколько сил, какую силу нужно учитывать при описании движения?" | Отвечают: «ускорение — м/с², сила — Н, масса — кг»; объясняют, что равнодействующая — векторная сумма сил, действующих на тело. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили три величины и их единицы. Теперь выясним, как они связаны одной формулой и почему именно равнодействующая сила определяет ускорение."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает задание: "Рассмотрите выражения: $6\,\text{Н}:2\,\text{кг}$ и $4\,\text{кг}\cdot5\,\text{м/с}^2$. Что может вычисляться в первом случае и что — во втором? Запишите предполагаемые ответы и объяснение." | Вычисляют $3\,\text{м/с}^2$ и $20\,\text{Н}$, предполагают: «в первом случае находится ускорение, во втором — сила». |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Какую формулу нужно знать, чтобы уверенно решать такие выражения и задания рабочего листа? Какие ошибки могут возникнуть? Сформулируйте цель урока одним предложением." | Формулируют цель: «узнать второй закон Ньютона и научиться применять его для нахождения силы, массы и ускорения»; называют ошибки: перепутать величины, единицы и направление. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема ясна: нам нужно не просто запомнить формулу, а понимать роль каждой величины и действовать по алгоритму. Переходим к открытию закона."
Этап 4. Открытие нового знания (9 мин)
Цель этапа: вывести и осмыслить формулу второго закона Ньютона, значения величин, единицы и направление ускорения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к классу: "Для материальной точки в инерциальной системе отсчёта равнодействующая сил прямо связана с ускорением и массой тела. Записываем основной закон: $\vec F=m\vec a$. В скалярных расчётах, когда направление отдельно не рассматриваем, используем $F=ma$. Что произойдёт с ускорением при постоянной массе, если сила возрастёт в два раза?" | Записывают формулу, отвечают: «ускорение возрастёт в два раза». |
3 мин | Учитель записывает: $a=F:m$, $m=F:a$ и поясняет: "Сила измеряется в ньютонах, масса — в килограммах, ускорение — в метрах на секунду в квадрате. Единица силы согласуется с формулой: $1\,\text{Н}=1\,\text{кг}\cdot\text{м/с}^2$. Следите, чтобы величины были выражены в согласованных единицах." | Переносят формулы и единицы в тетрадь, заполняют пропуски задания №3: «$m$», «$a$», «ньютонах». |
3 мин | Учитель демонстрирует на доске две схемы: малая масса и большая масса при одинаковой силе. "Ускорение направлено так же, как равнодействующая сила. Если равнодействующая равна нулю, то по формуле $0=ma$ ускорение равно нулю. Проверьте, какие утверждения из задания №6 истинны, а какое ложно." | Отмечают истинность утверждений №6: истинны первое, второе и четвёртое; ложно третье, потому что при одинаковой силе большая масса получает меньшее ускорение. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Второй закон Ньютона: равнодействующая сил, действующих на материальную точку, равна произведению массы точки на её ускорение: $\vec F=m\vec a$. Следствия: $a=F:m$, $m=F:a$. $F$ — Н, $m$ — кг, $a$ — м/с². Ускорение направлено так же, как равнодействующая сила».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть формула, единицы и смысл зависимостей. Проверим новое знание на заданиях рабочего листа — сначала вместе, затем самостоятельно."
Этап 5. Первичное закрепление по рабочему листу (8 мин)
Цель этапа: применить формулу и алгоритм к заданиям на выбор утверждения, вычисления и сравнение ускорений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает задания №1–3: "Выполните задания индивидуально. В №1 сначала найдите ключевые слова «равнодействующая», «произведение», «ускорение». В №2 определите, какая величина находится в каждом выражении. В №3 восстановите формулу и единицу силы." | Решают №1–3. В №1 выбирают: «Равнодействующая сила равна произведению массы тела на его ускорение». В №2 получают $3\,\text{м/с}^2$, $20\,\text{Н}$, $6\,\text{м/с}^2$. |
3 мин | Учитель разбирает задание №7: "Сравниваем ускорения не по массе или силе отдельно, а по отношению $F:m$. В первой паре сначала выпишите оба отношения, затем сравните их. Объяснение должно содержать не только ответ, но и причину." | Выписывают отношения силы к массе, сравнивают дроби или вычисляют значения, формулируют вывод: «большее отношение $F:m$ означает большее ускорение». |
2 мин | Учитель проводит взаимопроверку: "Обменяйтесь листами с соседом. По карточке-эталону проверьте №1–3 и №7, ошибки отметьте карандашом, но не исправляйте за товарища. Назовите правило, которое нужно повторить." | Сверяют ответы, ставят условные отметки, объясняют партнёру одну найденную ошибку. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы применили закон в коротких заданиях и увидели, что формула работает только при внимательном выборе искомой величины. Теперь разберём полный алгоритм решения задачи."
Этап 6. Практическая работа и самостоятельное решение (12 мин)
Цель этапа: отработать алгоритм решения расчётной задачи и проверить самостоятельное применение второго закона Ньютона.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель записывает условие задания №10: "Тележка массой 3 кг движется под действием равнодействующей силы 12 Н. Какое ускорение приобретает тележка? Запишите дано, формулу, подстановку, вычисление и ответ с единицей." Затем спрашивает: "Что известно? Что найти? Какая формула подходит?" | Записывают: $m=3\,\text{кг}$, $F=12\,\text{Н}$, найти $a$. Выбирают $a=F:m$, подставляют величины. |
3 мин | Учитель ведёт разбор по алгоритму: "Первый шаг — выделяем данные. Второй — выбираем формулу. Третий — подставляем числа с единицами. Четвёртый — записываем ответ. Проверьте размерность: Н/кг — это м/с²." | Оформляют решение: $a=\frac{F}{m}=\frac{12\,\text{Н}}{3\,\text{кг}}=4\,\text{м/с}^2$. Записывают ответ: «$4\,\text{м/с}^2$». |
5 мин | Учитель раздаёт инструкцию: "Самостоятельно выполните задания №4–6, №8 и №9. В №4 соедините величину с обозначением или единицей; в №5 заполните таблицу; в №6 поставьте «истина» или «ложь» и кратко обоснуйте; в №9 восстановите порядок решения. Работайте 5 минут, затем используйте самопроверку." | Решают задания рабочего листа индивидуально. В №8 исключают «температуру», в №9 выстраивают порядок: выписать данные и искомую величину; выбрать формулу; подставить значения; вычислить; записать ответ и единицу. |
Эталон решения
Для задания №10: 1) Дано: $m=3\,\text{кг}$, $F=12\,\text{Н}$. 2) Найти: $a$. 3) По второму закону Ньютона $a=F:m$. 4) Подстановка: $a=12\,\text{Н}:3\,\text{кг}=4\,\text{м/с}^2$. 5) Ответ: ускорение тележки равно $4\,\text{м/с}^2$ и направлено так же, как равнодействующая сила.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы прошли полный путь от условия до ответа и проверили единицы. Осталось оценить, что уже получается уверенно, а где нужна дополнительная тренировка."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осознать результат обучения, выявить затруднения и получить посильное задание для закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете записать закон и найти ускорение; жёлтую — если формулу знаете, но ошибаетесь в единицах или преобразовании; красную — если нужна моя помощь. В листе самооценки отметьте один конкретный навык." | Поднимают карточки, заполняют лист самооценки, называют затруднение: «не всегда понимаю, какую формулу выбрать» или «нужно внимательнее записывать единицы». |
2 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы: "Как звучит второй закон Ньютона? Как найти ускорение? Что произойдёт с ускорением при увеличении массы в два раза при той же силе? Какая величина лишняя среди массы, ускорения, силы и температуры?" Объявляет домашнее задание. | Отвечают: «$F=ma$», «$a=F:m$», «ускорение уменьшится в два раза», «температура». Записывают домашнее задание выбранного уровня. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы научились видеть за формулой физический смысл: сила изменяет движение, масса характеризует инертность, а ускорение показывает изменение скорости. На следующем уроке мы продолжим применять второй закон Ньютона к задачам с несколькими силами и разными направлениями."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены задания №1–9, задача №10 оформлена полностью: записаны данные, формула, подстановка, вычисление и ответ с единицей измерения; объяснения к утверждениям содержат связь с $F=ma$.
- «4» — допущена одна-две негрубые ошибки в заданиях №1–9 или в сравнении ускорений, но задача №10 решена верно и алгоритм в целом соблюдён.
- «3» — правильно выполнены задания на воспроизведение формулы и единиц, а задача №10 решена с помощью подсказки либо содержит одну существенную ошибку при сохранении верного выбора формулы.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи силы, массы и ускорения? | Проверка осознания содержания второго закона Ньютона. |
Какую формулу вы используете, чтобы найти ускорение? | Выявление понимания преобразования основной формулы. |
На каком шаге решения задачи возникло затруднение? | Выявление точки затруднения в алгоритме решения. |
Что поможет вам увереннее выполнять задания такого типа? | Формирование личного плана коррекции и снижение тревожности перед экзаменационными заданиями. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что равнодействующая сила равна произведению массы на ускорение: $F=ma$. Важно не путать прямую и обратную зависимости: при той же силе увеличение массы уменьшает ускорение, а при той же массе увеличение силы увеличивает ускорение. Типичная ошибка — сразу подставлять числа, не определив искомую величину и единицы. На следующем уроке мы научимся применять этот закон к ситуациям, где действуют несколько сил."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 4–5 заданий на выбор верного утверждения, восстановление формулы, определение единиц и нахождение лишней величины по материалу рабочего листа. Решить 2 простые задачи на нахождение ускорения по известным силе и массе. | Закрепляет формулу, обозначения и базовый алгоритм $a=F:m$; при проверке обратить внимание на единицы и запись ответа. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи на нахождение разных неизвестных по формуле $F=ma$: одну на силу, одну на массу и одну на ускорение. Добавить краткое объяснение направления ускорения в одной задаче. | Формирует умение преобразовывать формулу и выбирать её в зависимости от вопроса; проверять корректность единиц. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить и решить собственную задачу о тележке, автомобиле или спортивном снаряде с известными двумя величинами и неизвестной третьей; затем изменить массу или силу и описать, как изменится ускорение. | Развивает функциональную грамотность, моделирование и понимание зависимостей второго закона Ньютона. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Как записывается второй закон Ньютона? Какие три величины непосредственно входят в формулу? В каких единицах измеряются сила, масса и ускорение? Как найти ускорение тележки массой 3 кг при силе 12 Н? Почему температура не входит непосредственно в запись закона?»
