Після лабораторної роботи № 8 переходимо до теми «Гравітаційна взаємодія. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння». У плані важливо пов’язати новий матеріал із попередніми уроками про сили: учні вже досліджували силу пружності, а тепер з’ясують, що сили можуть виникати не лише під час безпосереднього контакту тіл.
Особливу увагу приділимо розрізненню понять гравітаційна взаємодія, сила тяжіння та прискорення вільного падіння, а також розв’язуванню задач із використанням формули \(F_{\text{тяж}}=mg\).
Тип уроку
Урок засвоєння нових знань із елементами дослідницької діяльності та формування практичних умінь застосовувати фізичні закономірності для розв’язування задач.
Основна ідея уроку
Усі тіла, що мають масу, взаємодіють між собою завдяки гравітації. На поверхні Землі ця взаємодія проявляється, зокрема, у притяганні тіл до Землі. Силу, з якою Земля притягує тіло, називають силою тяжіння. Під дією сили тяжіння тіло під час вільного падіння набуває прискорення, яке поблизу поверхні Землі приблизно дорівнює (9{,}8\ \text{м/с}^2).
Учні мають зрозуміти, що сила тяжіння залежить від маси тіла, а прискорення вільного падіння поблизу поверхні Землі практично однакове для різних тіл, якщо опором повітря можна знехтувати. Вони навчаться застосовувати формулу сили тяжіння для розрахунків і пояснювати явища, пов’язані з гравітацією.
Результати навчання у фокусі уроку
| Група результатів | Результат, який формуємо / розвиваємо |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Спостерігає прояви гравітаційної взаємодії; аналізує досліди, відео або моделі падіння тіл; формулює припущення щодо впливу маси тіла на силу тяжіння та особливостей вільного падіння. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Пояснює поняття «гравітаційна взаємодія», «сила тяжіння», «прискорення вільного падіння»; використовує їхні позначення та одиниці; записує формулу сили тяжіння й опрацьовує числові дані. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Пояснює, що гравітаційна взаємодія існує між усіма тілами, які мають масу; встановлює залежність сили тяжіння від маси тіла; пояснює фізичний зміст прискорення вільного падіння. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Розв’язує якісні й розрахункові задачі на визначення сили тяжіння; порівнює сили тяжіння, що діють на тіла різної маси; застосовує знання для пояснення падіння тіл і руху небесних тіл. |
Хід уроку
1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань
Учитель пропонує учням пригадати матеріал попередніх уроків.
Запитання для учнів:
Що називають силою?
Яка сила виникає під час деформації пружини?
Від чого залежить сила пружності в межах закону Гука?
Чому випущений із руки предмет падає на землю?
Чи діє сила тяжіння на предмет, який лежить на столі?
Очікувані відповіді:
Сила характеризує взаємодію тіл.
Під час деформації виникає сила пружності.
У межах закону Гука модуль сили пружності залежить від жорсткості пружини та величини її деформації.
Предмет падає, тому що Земля притягує його.
Так, сила тяжіння діє на предмет і тоді, коли він лежить на столі. Стіл чинить на предмет дію з боку опори, тому предмет не падає.
Учитель підкреслює: сила тяжіння діє не лише на тіла, що падають. Вона діє і на тіла, які перебувають у спокої або рухаються з опорою чи підвісом.
Формування груп результатів: актуалізуємо ГР2 і ГР3; створюємо основу для дослідження гравітаційної взаємодії за ГР1.
2. Мотивація навчальної діяльності. Чому тіла падають?
Учитель демонструє зображення або відео падіння яблука, стрибка людини, падіння камінця та руху Місяця навколо Землі.
Проблемні запитання:
Що спільного між падінням камінця на Землю та рухом Місяця навколо Землі?
Чому Місяць не віддаляється від Землі по прямій лінії?
Чи притягує Земля всі тіла однаково?
Чи взаємодіють між собою два камінці, які лежать поруч?
Учні висловлюють припущення. Учитель підводить їх до думки, що за різними явищами стоїть гравітаційна взаємодія.
Навчальна проблема: як пояснити притягання тіл до Землі та як обчислити силу, з якою Земля притягує певне тіло?
Формування груп результатів: ГР1 — спостереження та висування припущень; ГР3 — пошук спільної закономірності; ГР4 — формулювання проблеми.
3. Гравітаційна взаємодія
Учитель пояснює, що гравітаційна взаємодія — це взаємне притягання тіл, які мають масу.
Вона проявляється в різних масштабах:
Земля притягує предмети поблизу своєї поверхні.
Місяць притягується до Землі.
Планети рухаються навколо Сонця завдяки гравітаційній взаємодії.
Усі тіла взаємно притягуються, хоча для тіл невеликої маси ця взаємодія зазвичай надто слабка, щоб її легко помітити.
Важливе уточнення: гравітаційна взаємодія є взаємною. Земля притягує камінь, а камінь притягує Землю. Сили цієї взаємодії рівні за модулем і протилежні за напрямом, але прискорення тіл різні через різницю їхніх мас.
Учитель пропонує учням обговорити ситуацію.
Запитання: якщо Земля притягує людину, чи притягує людина Землю?
Очікувана відповідь: так. Обидва тіла взаємодіють, але прискорення Землі внаслідок цієї взаємодії надзвичайно мале через її величезну масу.
Формування груп результатів: ГР2 — опанування поняття «гравітаційна взаємодія»; ГР3 — усвідомлення взаємного характеру притягання; ГР4 — пояснення знайомих природних явищ.
4. Сила тяжіння
Сила тяжіння — це сила, з якою Земля притягує до себе тіло.
Позначення: (F_{\text{тяж}}).
Сила тяжіння напрямлена вертикально вниз, до центра Землі, якщо розглядати тіла поблизу її поверхні.
Учитель демонструє малюнок тіла, на якому стрілкою позначено силу тяжіння, або пропонує учням самостійно намалювати тіло та вектор сили.
Запитання для обговорення:
Чи діє сила тяжіння на м’яч, який лежить на підлозі?
Чи діє вона на птаха, який летить?
Чи діє вона на космонавта поблизу Землі?
Чи однакова сила тяжіння діє на тіла різної маси?
Очікувані відповіді:
Сила тяжіння діє і на тіло в спокої, і на тіло, що рухається.
Поблизу Землі сила тяжіння діє також на космонавта, навіть якщо він перебуває в стані невагомості.
На тіло більшої маси поблизу поверхні Землі діє більша сила тяжіння.
Учитель наголошує, що сила тяжіння і вага тіла — не тотожні поняття. Вага тіла — це сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі діє на опору або підвіс. Це поняття буде докладно розглянуто на наступному уроці.
Формування груп результатів: ГР2 — правильне використання термінів; ГР3 — пояснення напрямку та проявів сили тяжіння; ГР4 — аналіз різних ситуацій.
5. Прискорення вільного падіння
Учитель пояснює: якщо на тіло діє лише сила тяжіння, а опором повітря можна знехтувати, тіло перебуває у стані вільного падіння.
Поблизу поверхні Землі вільно падаючі тіла мають приблизно однакове прискорення, яке називають прискоренням вільного падіння.
Позначення: (g).
Поблизу поверхні Землі:
[
g\approx9{,}8\ \text{м/с}^2
]
У багатьох навчальних задачах для спрощення обчислень використовують наближене значення:
[
g\approx10\ \text{м/с}^2
]
Учитель пояснює фізичний зміст одиниці: за вільного падіння поблизу поверхні Землі швидкість тіла, що падає вертикально вниз, за кожну секунду збільшується приблизно на (9{,}8\ \text{м/с}), якщо опором повітря можна знехтувати.
Чому пір’їна падає повільніше за камінець?
Учитель демонструє відео падіння пір’їни та камінця в повітрі.
Запитання: якщо прискорення вільного падіння однакове, чому пір’їна падає повільніше?
Очікувана відповідь: на пір’їну сильно впливає опір повітря. У вакуумі, за однакових початкових умов, ці тіла падали б з однаковим прискоренням поблизу поверхні Землі.
Учитель уточнює: значення (g) залежить від місця, зокрема від відстані до центра Землі та місцевих умов. Значення (9{,}8\ \text{м/с}^2) є наближеним для поверхні Землі.
Формування груп результатів: ГР2 — робота з позначеннями та одиницями; ГР3 — пояснення вільного падіння; ГР4 — критичний аналіз поширеного уявлення про те, що важчі тіла завжди падають швидше.
6. Залежність сили тяжіння від маси тіла. Формула
Учитель пояснює, що поблизу поверхні Землі модуль сили тяжіння визначають за формулою:
[
F_{\text{тяж}}=mg
]
де:
(F_{\text{тяж}}) — сила тяжіння, Н;
(m) — маса тіла, кг;
(g) — прискорення вільного падіння, м/с².
Оскільки (1\ \text{Н}=1\ \text{кг}\cdot\text{м/с}^2), добуток маси на прискорення має одиницю ньютон.
Приклад
Для тіла масою 2 кг за (g\approx10\ \text{м/с}^2):
[
F_{\text{тяж}}=2\cdot10=20\ \text{Н}
]
Для тіла масою 5 кг:
[
F_{\text{тяж}}=5\cdot10=50\ \text{Н}
]
Отже, за однакового значення (g) сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла. Якщо маса збільшується вдвічі, то й сила тяжіння збільшується вдвічі.
Запитання для перевірки:
У скільки разів збільшиться сила тяжіння, якщо маса тіла збільшиться втричі?
Чи однакова сила тяжіння діятиме на тіла масою 1 кг на Землі та на Місяці?
Чи можна за відомою силою тяжіння визначити масу тіла?
Очікувані відповіді:
Сила тяжіння збільшиться втричі, якщо (g) не змінюється.
На Місяці сила тяжіння буде меншою, оскільки прискорення вільного падіння там менше.
Так, якщо відоме значення (g), масу можна визначити за формулою (m=F_{\text{тяж}}/g).
Формування груп результатів: ГР2 — робота з формулою та одиницями; ГР3 — установлення прямої пропорційності; ГР4 — застосування закономірності в розрахунках.
7. Розв’язування задач
Задача 1. Визначення сили тяжіння
Яка сила тяжіння діє на тіло масою 4 кг поблизу поверхні Землі? Вважайте (g=10\ \text{м/с}^2).
Дано:
(m=4\ \text{кг})
(g=10\ \text{м/с}^2)
(F_{\text{тяж}}-?)
Розв’язання:
[
F_{\text{тяж}}=mg
]
[
F_{\text{тяж}}=4\cdot10=40\ \text{Н}
]
Відповідь: 40 Н.
Задача 2. Визначення маси тіла
На тіло поблизу поверхні Землі діє сила тяжіння 60 Н. Визначте масу тіла, використовуючи (g=10\ \text{м/с}^2).
Дано:
(F_{\text{тяж}}=60\ \text{Н})
(g=10\ \text{м/с}^2)
(m-?)
Розв’язання:
[
m=\frac{F_{\text{тяж}}}{g}
]
[
m=\frac{60}{10}=6\ \text{кг}
]
Відповідь: 6 кг.
Задача 3. Порівняння сил тяжіння
На тіло масою 3 кг і тіло масою 9 кг діє сила тяжіння поблизу поверхні Землі. У скільки разів сила тяжіння другого тіла більша?
Оскільки (F_{\text{тяж}}=mg), то за однакового (g) відношення сил дорівнює відношенню мас:
[
\frac{F_2}{F_1}=\frac{m_2}{m_1}=\frac{9}{3}=3
]
Відповідь: сила тяжіння другого тіла втричі більша.
Задача 4. Аналіз помилки
Учень стверджує: «Якщо маса тіла збільшиться вдвічі, то й прискорення вільного падіння цього тіла поблизу Землі збільшиться вдвічі».
Чи має він рацію?
Очікувана відповідь: ні. Поблизу поверхні Землі прискорення вільного падіння практично однакове для різних тіл, якщо опором повітря можна знехтувати. Зі збільшенням маси вдвічі збільшиться сила тяжіння, але не прискорення вільного падіння.
Формування груп результатів: ГР2 — оформлення розв’язання; ГР3 — розуміння зв’язку сили тяжіння з масою; ГР4 — розв’язування задач і виявлення помилкових тверджень.
8. Первинне закріплення знань
Учні виконують короткі завдання.
Завдання 1. Доповни речення.
Гравітаційна взаємодія — це…
Сила, з якою Земля притягує тіло, називається…
Прискорення вільного падіння поблизу поверхні Землі приблизно дорівнює…
Сила тяжіння визначається за формулою…
Орієнтовні відповіді: взаємне притягання тіл, які мають масу; сила тяжіння; (9{,}8\ \text{м/с}^2); (F_{\text{тяж}}=mg).
Завдання 2. Обери правильне твердження.
А. Сила тяжіння діє лише на тіла, що падають.
Б. Сила тяжіння діє на тіло незалежно від того, чи перебуває воно в спокої, чи рухається.
В. Прискорення вільного падіння поблизу Землі прямо пропорційне масі тіла.
Г. Усі тіла мають однакову силу тяжіння незалежно від маси.
Правильна відповідь: Б.
Завдання 3. Усний розрахунок.
Визначте силу тяжіння, що діє на тіло масою 0,5 кг, якщо (g\approx10\ \text{м/с}^2).
Відповідь:
[
F_{\text{тяж}}=0{,}5\cdot10=5\ \text{Н}
]
9. Формувальне оцінювання
| Критерій | Ознака досягнення |
|---|---|
| Розуміє гравітаційну взаємодію | Пояснює, що тіла з масою взаємно притягуються |
| Пояснює силу тяжіння | Називає її напрям і наводить приклади її дії |
| Розуміє прискорення вільного падіння | Називає значення поблизу Землі та пояснює умову вільного падіння |
| Застосовує формулу | Правильно використовує (F_{\text{тяж}}=mg) |
| Працює з одиницями | Використовує кг, Н і м/с² |
| Розв’язує задачі | Записує дано, формулу, обчислення та відповідь |
| Пояснює закономірність | Розрізняє залежність сили тяжіння від маси та практично однакове прискорення вільного падіння для різних тіл поблизу Землі |
10. Рефлексія
Учні завершують речення:
Сьогодні я зрозумів / зрозуміла, що гравітаційна взаємодія…
Сила тяжіння — це…
Прискорення вільного падіння характеризує…
Якщо маса тіла збільшиться вдвічі, то сила тяжіння…
Раніше я вважав / вважала, що…, а тепер розумію, що…
Учитель звертає увагу на те, чи не ототожнюють учні силу тяжіння з вагою тіла та чи правильно пояснюють відмінність між масою, силою і прискоренням.
11. Домашнє завдання
Опрацювати матеріал підручника про гравітаційну взаємодію, силу тяжіння та прискорення вільного падіння.
Вивчити формулу (F_{\text{тяж}}=mg), фізичний зміст величин та їхні одиниці.
Розв’язати задачі:
1. Визначте силу тяжіння, що діє на тіло масою 7 кг, якщо (g=10\ \text{м/с}^2).
2. На тіло діє сила тяжіння 25 Н. Визначте його масу, якщо (g=10\ \text{м/с}^2).
3. Маса першого тіла становить 2 кг, а другого — 8 кг. У скільки разів відрізняються сили тяжіння, що діють на них поблизу поверхні Землі?
Підготуватися до наступного уроку «Вага тіла. Невагомість»: подумати, чому людина, яка стоїть на підлозі, не падає, хоча на неї діє сила тяжіння.
Відповіді для самоперевірки: 1) 70 Н; 2) 2,5 кг; 3) сила тяжіння на друге тіло вчетверо більша.
Як результати навчання формуються протягом уроку
| Етап уроку | ГР1. Дослідження | ГР2. Інформація | ГР3. Закономірності | ГР4. Мислення й розв’язання проблем |
|---|---|---|---|---|
| Актуалізація знань | Спирається на попередні спостереження | Відтворює поняття «сила» | Пов’язує взаємодію тіл із проявами сил | Формулює припущення про причини падіння тіл |
| Мотивація | Спостерігає природні явища | Описує ситуації падіння та руху небесних тіл | Шукає спільну причину різних явищ | Формулює навчальну проблему |
| Гравітаційна взаємодія | Аналізує приклади | Засвоює поняття | Розуміє взаємний характер притягання | Пояснює явища на Землі та в космосі |
| Сила тяжіння | Аналізує напрям дії сили | Використовує терміни та позначення | Встановлює зв’язок між гравітацією і силою тяжіння | Аналізує ситуації з тілами в спокої та русі |
| Прискорення вільного падіння | Аналізує демонстрації та відео | Опрацьовує числове значення й одиниці | Пояснює рух за відсутності опору повітря | Критично аналізує поширені уявлення про падіння тіл |
| Формула сили тяжіння | Визначає потрібні величини | Записує формулу та позначення | Установлює залежність сили тяжіння від маси | Застосовує формулу до практичних задач |
| Розв’язування задач | Аналізує задані умови | Оформлює розрахунки | Використовує закономірності | Самостійно розв’язує задачі та знаходить помилки |
| Закріплення й рефлексія | Узагальнює спостереження | Формулює висновки | Систематизує знання про гравітацію | Оцінює розуміння та готовність до наступної теми |
Місце уроку в траєкторії формування груп результатів
| Група результатів | Стан після уроку | Подальший розвиток |
|---|---|---|
| ГР1 | Розвивається: учні аналізують спостереження та висувають припущення щодо падіння тіл | Надалі застосовуватимуть дослідницькі підходи до вивчення руху та сил |
| ГР2 | Розвивається: учні використовують нові поняття, формулу й одиниці | Закріплюватимуть точність використання фізичних термінів під час вивчення ваги тіла |
| ГР3 | Виходить на новий рівень: учні пояснюють гравітаційну взаємодію та кількісну залежність сили тяжіння від маси | Поглиблять розуміння взаємодії сил під час вивчення ваги тіла та невагомості |
| ГР4 | Розвивається: учні розв’язують задачі на силу тяжіння та пояснюють природні явища | Застосовуватимуть знання про гравітацію для аналізу ситуацій із тілом на опорі, підвісом і під час вільного падіння |
Перехід до наступного уроку
На цьому уроці учні з’ясували, що сила тяжіння діє на тіло незалежно від того, чи падає воно, чи перебуває на опорі. Проте в повсякденному житті ми часто говоримо про вагу тіла, а не лише про силу тяжіння.
Наступний урок — «Вага тіла. Невагомість». Учні розглянуть, чим вага відрізняється від сили тяжіння, чому тіло тисне на опору та за яких умов виникає невагомість.
Немає коментарів:
Дописати коментар