Законы Ньютона: инерция, взаимодействие тел и связь силы с ускорением
Цели и задачи
- Цель: к концу урока ученики смогут сформулировать три закона Ньютона, распознавать ситуации их проявления и решить не менее двух качественных или расчётных задач на их применение без разложения сил по осям.
- Образовательная задача: установить условия проявления первого закона Ньютона и объяснить явление инерции на бытовых примерах.
- Образовательная задача: связать ускорение тела с равнодействующей силой и массой, записать второй закон Ньютона в виде F = ma.
- Развивающая задача: научиться различать силы, действующие на разные взаимодействующие тела, и объяснять третий закон Ньютона.
- Воспитательная задача: развивать ответственность при обсуждении безопасного поведения в транспорте и уважение к аргументированным ответам одноклассников.
Планируемые результаты
Личностные
- Ученик осознаёт практическую значимость законов Ньютона для объяснения движения транспорта и соблюдения правил безопасности.
- Проявляет интерес к физическому объяснению наблюдаемых явлений, а не только к запоминанию формулировок.
- Спокойно относится к ошибке как к возможности проверить рассуждение и исправить его.
- Оценивает собственную готовность применять законы Ньютона в заданиях школьного и экзаменационного формата.
Метапредметные
- Ученик извлекает из описания ситуации сведения о телах, силах, массе и характере движения.
- Сравнивает объяснения явления и выбирает то, которое согласуется с законом Ньютона.
- Представляет решение задачи последовательностью «дано — закон — вычисление — ответ» и проверяет единицы измерения.
- Участвует в обсуждении в паре, формулирует довод и корректно уточняет аргументы одноклассника.
Предметные
- Ученик формулирует первый закон Ньютона с указанием инерциальных систем отсчёта и объясняет инерцию на качественном уровне.
- Формулирует второй закон Ньютона: ускорение прямо пропорционально равнодействующей сил и обратно пропорционально массе; записывает F = ma.
- Объясняет, что силы взаимодействия равны по модулю, противоположны по направлению и одинаковы по природе, а также приложены к разным телам.
- Решает простые качественные и расчётные задачи по трём законам без разложения сил на проекции.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Ученик соотносит изучение законов Ньютона с пониманием явлений повседневной жизни и личной безопасностью.
- Выбирает посильный уровень задания и при необходимости обращается за уточнением.
- Проявляет доброжелательность к иной точке зрения при разборе физических ситуаций.
- Формирует уверенность в решении типовых вопросов по физике благодаря опоре на понятный алгоритм.
Регулятивные УУД
- Ученик принимает учебную цель: научиться выбирать подходящий закон Ньютона для описанной ситуации.
- Планирует решение задачи: определяет тела и известные величины, выбирает закон, выполняет вычисление.
- Сверяет ответ с эталоном и проверяет размерность величин.
- Отмечает затруднение и корректирует рассуждение, если перепутаны равнодействующая сила и отдельные силы взаимодействия.
Познавательные УУД
- Ученик выделяет существенные признаки движения: покой или равномерное прямолинейное движение, изменение скорости, взаимодействие тел.
- Устанавливает причинно-следственную связь между равнодействующей силой и изменением скорости.
- Моделирует взаимодействие тел парой сил, указывая, к какому телу приложена каждая сила.
- Применяет формулу F = ma к простой ситуации и преобразует её для нахождения массы или ускорения.
Коммуникативные УУД
- Ученик формулирует краткое объяснение явления с опорой на закон Ньютона.
- Задаёт уточняющие вопросы о том, к каким телам приложены рассматриваемые силы.
- Согласует с партнёром общий ответ, приводя физический довод, а не только итоговый выбор.
- Слушает решение другого ученика и корректно указывает, какой шаг можно проверить.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить тележку или игрушечный автомобиль, небольшой брусок и гладкую поверхность для демонстрации движения и изменения скорости.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовые задания на распознавание законов, задачи на вычисление F = ma и задания на объяснение взаимодействия тел; по одной карточке на ученика.
- Распечатать лист самопроверки с тремя короткими заданиями и ответами на обороте — по одному на ученика.
- Подготовить цветные карточки или стикеры трёх цветов для быстрой самооценки в конце урока — по одному комплекту на каждого ученика.
- Вывести на экран три бытовые ситуации: пассажир наклоняется при торможении автобуса, пустая и нагруженная тележки разгоняются при одинаковом толчке, пловец отталкивает воду.
- Записать на доске место для таблицы «Закон — условие — пример» и оставить отдельную область для формулы F = ma и единиц измерения.
- Подготовить секундомер или таймер для парной работы и самостоятельного задания.
- Проверить, что на экране видны подписи к силам взаимодействия и тела, к которым силы приложены; оборудование для опытов с электричеством или нагреванием не требуется.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: организовать класс и вызвать познавательный интерес к объяснению движения через жизненную ситуацию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает изображение пассажира в автобусе: «Здравствуйте, ребята. Представьте, что автобус резко начинает движение, а пассажир невольно отклоняется назад. Почему так происходит? Пока не будем называть закон — сначала разберёмся в наблюдаемом явлении. Сегодня мы исследуем движение тел и постепенно сформулируем три закона Ньютона. Подготовьте тетради и ручки; в конце урока проверим, что удалось понять, на коротких заданиях». | Ученики готовят тетради, рассматривают изображение и высказывают предположения: «Тело стремится сохранить прежнее состояние», «Автобус начинает двигаться быстрее пассажира». |
2 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Сначала подумайте молча около тридцати секунд, затем одну минуту обсудите с соседом, что именно изменилось — движение автобуса или состояние пассажира. После этого я попрошу две пары назвать наиболее убедительное объяснение. Пока не называйте закон: попробуйте описать наблюдаемое явление своими словами». | Ученики обдумывают ситуацию индивидуально, обсуждают в паре и предлагают классу формулировки: «Автобус ускорился, а пассажир сохранял прежнюю скорость», «Тело сопротивляется изменению движения». |
Завершение этапа: «Поездка в автобусе помогает заметить интересное явление: при начале движения и торможении пассажир наклоняется. Сегодня разберёмся, почему так происходит».
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: вспомнить знакомые понятия — движение, скорость, изменение скорости и массу. Равнодействующую силу и три закона Ньютона ученики будут изучать впервые; эти понятия вводятся далее на уроке.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель спрашивает: «Что такое скорость? Как понять, что скорость тела изменилась? Какая величина показывает, насколько трудно изменить движение тела?» При необходимости напоминает: изменение скорости описывают ускорением, а массу связывают с инертностью тела. Не требует от учеников знания законов Ньютона. | Ученики отвечают на вопросы, вспоминают понятия скорости, ускорения и массы. Если затрудняются, формулируют предположения. |
3 мин | Учитель вводит новое понятие: «На тело могут одновременно действовать несколько сил. Их общий результат описывает равнодействующая сила — это векторная сумма всех сил, действующих на тело». Записывает на доске: Fᵣ = F₁ + F₂ + … + Fₙ, где n — число сил. На простом примере показывает: две силы по 3 Н, направленные в противоположные стороны, дают нулевую равнодействующую; если силы направлены одинаково — их модули складываются. Подчёркивает, что направления сил учитываются при векторном сложении. | Ученики записывают определение и формулу. По схемам определяют направление и модуль равнодействующей в простых случаях: две противоположные силы по 3 Н дают ноль; две силы по 3 Н в одном направлении дают 6 Н. |
Завершение этапа: «Мы вспомнили, как описывать изменение движения, и разобрались, что такое общий результат действия нескольких сил — равнодействующая. Теперь выясним, что происходит с телом, когда этот общий результат равен нулю или отличен от нуля».
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 ошибочное представление о движении и совместно определить учебную задачу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель толкает тележку и задаёт вопросы: «Толчок уже закончился, а тележка ещё движется. Значит ли это, что рука продолжает толкать её? Что постепенно останавливает тележку?» Помогает отделить движение тела от силы, которая сообщила ему толчок, и обращает внимание на трение. | Ученики предлагают объяснения: тележка продолжает движение после толчка, а трение постепенно её замедляет. |
2 мин | Учитель формулирует учебную проблему без требования заранее знать законы: «Сегодня мы впервые познакомимся с тремя законами Ньютона. Они помогут ответить на вопросы: когда движение не меняется, от чего зависит ускорение и как тела действуют друг на друга». Кратко объясняет план урока. | Ученики слушают, формулируют цель: познакомиться с тремя законами и научиться узнавать их проявления в простых примерах. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы поставили три вопроса о движении и взаимодействии. Давайте последовательно найдём ответы и запишем каждый закон вместе с условием его применения».
Этап 4. Открытие нового знания: три закона Ньютона (13 мин)
Цель этапа: сформировать понимание трёх законов Ньютона и научиться отличать область применения каждого.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает тележку и говорит: «Я толкнул тележку, рука уже не касается её, но она продолжает двигаться. Значит ли это, что для движения обязательно нужна продолжающая действовать сила?» Ученики: «Нет, тележка движется после толчка». Учитель: «Почему она постепенно останавливается?» Ученики: «Из-за трения». Учитель: «Представим, что трение и другие силы, которые мешают движению, скомпенсированы. Как будет двигаться тележка?» Ученики: «Будет двигаться равномерно и прямолинейно». Учитель формулирует закон: «Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки движутся прямолинейно или равномерно, когда на них не действуют никакие силы или действие других тел скомпенсировано». Затем спрашивает: «Как закон объясняет движение тележки после толчка?» Ученики: «Тело сохраняет состояние движения, если силы не изменяют его». Учитель связывает это свойство с инерцией и приводит бытовой пример: «При резком торможении автобуса пассажир продолжает двигаться вперёд относительно автобуса, потому что его тело стремится сохранить прежнюю скорость». | Ученики наблюдают за тележкой, отвечают на вопросы, записывают формулировку первого закона и объясняют инерцию на примере автобуса. |
5 мин | Учитель показывает пустую и нагруженную тележки и спрашивает: «Попробуем толкнуть их одинаково. Какая тележка быстрее изменит скорость?» Ученики: «Пустая». Учитель: «Почему?» Ученики: «У неё меньше масса». Учитель поясняет, что сравниваются тележки при одинаковом воздействии, и формулирует второй закон: «Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе». Учитель: «Если на тело массой 2 кг действует равнодействующая сила 6 Н, что нужно найти, чтобы определить изменение скорости?» Ученики: «Ускорение». Учитель записывает для модулей F = ma и спрашивает: «Как выразить ускорение?» Ученики: «Разделить силу на массу». Вместе вычисляют: a = 6 Н / 2 кг = 3 м/с². Учитель: «Если массу увеличить, а силу оставить прежней, что будет с ускорением?» Ученики: «Оно уменьшится». Учитель подчёркивает: направление ускорения совпадает с направлением равнодействующей силы. | Ученики сравнивают тележки, отвечают на вопросы, записывают формулировку и формулу второго закона, выполняют вычисление вместе с учителем. |
4 мин | Учитель предлагает рассмотреть пловца: «Пловец отталкивает воду руками назад. На какое тело действует сила рук пловца?» Ученики: «На воду». Учитель: «А что происходит с пловцом? Какая сила помогает ему двигаться вперёд?» Ученики: «Вода действует на пловца и толкает его вперёд». Учитель: «Сравните эти силы: как они направлены и к каким телам приложены?» Ученики: «Они направлены противоположно; одна приложена к воде, другая — к пловцу». Учитель формулирует закон: «Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, противоположными по направлению и одинаковыми по природе». Затем спрашивает: «Почему эти силы не уравновешивают друг друга?» Ученики: «Потому что они приложены к разным телам». Учитель закрепляет: при взаимодействии пловца и воды силы возникают одновременно; сила пловца действует на воду, а сила воды — на пловца. | Ученики называют взаимодействующие тела, указывают направление и тело приложения каждой силы, записывают формулировку третьего закона. |
Запись в тетрадях
- Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки движутся прямолинейно или равномерно, когда на них не действуют никакие силы или действие других тел скомпенсировано.
- Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе. Для модулей: F = ma; ускорение направлено так же, как равнодействующая сил.
- Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, противоположными по направлению и одинаковыми по природе. Силы приложены к разным телам.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «У нас есть три ответа: условие сохранения движения, связь силы с ускорением и описание взаимодействия тел. Теперь потренируемся определять, какой именно закон объясняет каждую ситуацию».
Этап 5. Первичное закрепление: выбери закон (7 мин)
Цель этапа: закрепить распознавание законов Ньютона и проверить понимание пар сил взаимодействия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «Шайба скользит после удара. Что изменило её скорость?» Ученики: «Трение». Учитель: «Какой закон помогает понять, что происходило бы без нескомпенсированных сил?» Ученики: «Первый закон». Затем учитель: «На тележку массой 4 кг действует равнодействующая 8 Н. Что нужно найти и какую формулу выбрать?» Ученики: «Ускорение, второй закон Ньютона». | Ученики обсуждают ответы в парах и объясняют выбор закона. |
4 мин | Учитель: «Чему равно ускорение тележки?» Ученики: «a = F/m = 8/4 = 2 м/с²». Учитель: «Человек отталкивает стену. Какие два тела взаимодействуют?» Ученики: «Человек и стена». Учитель: «К какому телу приложена сила человека, а к какому — сила стены?» Ученики называют точки приложения и формулируют третий закон. | Ученики вместе с учителем проверяют ответы, проговаривают рассуждение и исправляют неточности. |
Эталон решения
Дано: m = 4 кг, F = 8 Н. По второму закону Ньютона a = F/m. Подставляем: a = 8 Н / 4 кг = 2 м/с². Ответ: 2 м/с².
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы научились различать три типа рассуждений и увидели, где чаще всего возникает ошибка. Теперь каждый самостоятельно выполнит задания выбранного уровня и сверит результат с эталоном».
Этап 6. Практика с поддержкой учителя (8 мин)
Цель этапа: вместе применить законы Ньютона к трём простым ситуациям и сразу разобрать ход рассуждения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель: «Разберём три ситуации вместе. В каждой сначала назовём наблюдаемое явление, затем выберем закон и объясним ответ». | Ученики готовят тетради и записывают задания. |
5 мин | Учитель: «Автобус тормозит. Почему пассажира наклоняет вперёд?» Ученики: «Пассажир стремится сохранить прежнюю скорость — это проявление инерции и первого закона». Учитель: «На тело массой 3 кг действует равнодействующая 12 Н. Как найти ускорение?» Ученики: «По второму закону: a = F/m = 12/3 = 4 м/с²». Учитель: «Пловец отталкивает воду. Какие тела взаимодействуют и к чему приложены силы?» Ученики: «Пловец действует на воду, вода — на пловца; силы приложены к разным телам — это третий закон». | Ученики отвечают по очереди, записывают решения и при необходимости задают вопросы. |
2 мин | Учитель: «Что помогло выбрать закон? Почему силы действия и противодействия не уравновешивают друг друга?» Ученики отвечают: «Мы смотрели, сохраняется ли движение, меняется ли скорость или взаимодействуют ли два тела. Силы приложены к разным телам». | Ученики вместе с учителем сверяют ответы и исправляют неточности. |
Краткие ответы
1) Первый закон: при торможении пассажир стремится сохранить прежнюю скорость. 2) Второй закон: a = F/m = 12 Н / 3 кг = 4 м/с². 3) Третий закон: пловец действует на воду, вода — на пловца; силы приложены к разным телам.
Завершение этапа: «Мы вместе разобрали три ситуации. В каждой сначала определяли, что происходит с движением, затем выбирали закон и объясняли ответ. Теперь подведём итог урока и отметим, что ещё требует повторения».
Этап 7. Разбор простых задач у доски (5 мин)
Цель этапа: закрепить новые понятия и законы Ньютона на коротких задачах, разбирая каждый шаг вместе с учителем.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель: «Тележка движется прямо с постоянной скоростью. Что можно сказать о равнодействующей сил?» После ответов поясняет: «Она равна нулю; это пример первого закона Ньютона». | Ученики отвечают и объясняют, что движение не меняется. |
2 мин | Учитель: «На тело массой 2 кг действует равнодействующая сила 4 Н. Как найти ускорение?» Вместе записывают формулу и вычисляют: a = F/m = 4/2 = 2 м/с². Затем спрашивает: «Если при той же силе масса станет 4 кг, ускорение увеличится или уменьшится?» | Ученики считают с учителем: ускорение станет 1 м/с², то есть уменьшится. |
2 мин | Учитель: «Вы толкнули стену рукой. Стена тоже действует на руку? Как направлены эти силы и к каким телам приложены?» Подводит к формулировке третьего закона: силы равны по модулю, противоположны по направлению, одинаковы по природе и приложены к разным телам. | Ученики называют руку и стену, показывают направления сил и объясняют, почему они не уравновешивают друг друга. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно определены законы во всех трёх ситуациях, расчёт выполнен по формуле F = ma или a = F/m с правильной единицей, для третьего закона названы оба тела и верно указаны точки приложения сил.
- «4» — правильно решены не менее двух заданий; в третьем задании или объяснении инерции допущена одна неточность, исправленная при самопроверке.
- «3» — верно выполнено базовое задание и начат расчёт по второму закону, но требуется помощь в обосновании выбора закона или в различении сил, приложенных к разным телам.
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы увидели, что три закона Ньютона отвечают на разные вопросы: когда движение сохраняется, от чего зависит ускорение и как тела взаимодействуют. Запомните особенно важное различие: силы третьего закона приложены к разным телам. В задачах сначала определяйте ситуацию и выбирайте закон, а уже потом подставляйте числа — такой порядок помогает избежать типичных ошибок и в заданиях ОГЭ. На следующем уроке мы продолжим применять законы Ньютона к задачам о движении и будем постепенно усложнять модели, не торопясь переходить к проекциям, пока не закрепим основу».
Перед завершением урока учитель задаёт классу три коротких вопроса: «Когда тело сохраняет покой или равномерное прямолинейное движение? Как найти ускорение, если известны равнодействующая сила и масса? Почему силы взаимодействия не уравновешивают друг друга?» Ученики отвечают устно; учитель при необходимости уточняет ответы.
