На цьому уроці важливо домогтися, щоб учні не ототожнювали силу тяжіння і вагу тіла. Варто використати дослід із тілом на опорі, приклад із людиною в ліфті та відео вільного падіння, щоб пояснити, за яких умов вага змінюється, а коли виникає невагомість.
Тип уроку
Урок засвоєння нових знань із елементами дослідницької діяльності, аналізу фізичних явищ і розв’язування якісних та розрахункових задач.
Основна ідея уроку
На попередньому уроці учні з’ясували, що Земля притягує тіла із силою тяжіння. На цьому уроці вони мають зрозуміти, що сила тяжіння та вага тіла — різні фізичні поняття.
Сила тяжіння — це сила, з якою Земля притягує тіло. Вага тіла — це сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі діє на опору або підвіс. У найпростішому випадку, коли тіло нерухоме відносно горизонтальної опори або рухається рівномірно прямолінійно, модуль ваги дорівнює модулю сили тяжіння. Під час прискореного руху вага може змінюватися. У стані вільного падіння тіло не тисне на опору й не розтягує підвіс, тому його вага дорівнює нулю — це стан невагомості.
Результати навчання у фокусі уроку
| Група результатів | Результат, який формуємо / розвиваємо |
|---|---|
| ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Спостерігає прояви дії сили тяжіння та взаємодії тіла з опорою; аналізує досліди, демонстрації або відео, що ілюструють вагу й невагомість; формулює висновки за результатами спостережень. |
| ГР2. Опрацювання, систематизація та представлення інформації природничого змісту | Пояснює поняття «сила тяжіння», «вага тіла», «невагомість»; розрізняє ці поняття; використовує відповідні позначення, одиниці вимірювання та формули. |
| ГР3. Усвідомлення закономірностей природи | Пояснює зв’язок між силою тяжіння, вагою тіла та характером руху; встановлює умови, за яких вага дорівнює силі тяжіння, збільшується, зменшується або дорівнює нулю. |
| ГР4. Розвиток наукового мислення та розв’язання проблем природничого змісту | Розв’язує якісні й розрахункові задачі на визначення ваги тіла; пояснює відчуття збільшення або зменшення ваги в ліфті; застосовує знання для пояснення стану невагомості космонавтів. |
Хід уроку
1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань
Учитель пропонує пригадати матеріал попереднього уроку.
Запитання для учнів:
Що називають силою тяжіння?
За якою формулою обчислюють силу тяжіння поблизу поверхні Землі?
Від чого залежить сила тяжіння?
Чи діє сила тяжіння на книжку, яка лежить на столі?
Чому книжка не падає крізь стіл?
Очікувані відповіді:
Сила тяжіння — це сила, з якою Земля притягує тіло.
(F_{\text{тяж}}=mg).
Поблизу поверхні Землі сила тяжіння залежить від маси тіла та прискорення вільного падіння.
На книжку діє сила тяжіння.
Книжка не падає крізь стіл, оскільки стіл діє на неї силою реакції опори.
Учитель ставить додаткове запитання:
«Якщо книжка тисне на стіл, то яка саме сила діє на стіл з боку книжки? Чи є ця сила силою тяжіння?»
Учні висловлюють припущення. Учитель пояснює, що книжка діє на стіл із силою, яку в цьому випадку називають вагою книжки. Це підводить до теми уроку.
Формування груп результатів: актуалізуються ГР2 і ГР3; створюється проблемна ситуація для ГР1 та ГР4.
2. Мотивація навчальної діяльності
Учитель пропонує три ситуації:
людина стоїть на підлозі;
людина перебуває в ліфті, який починає рухатися вгору;
космонавт перебуває всередині космічного корабля на орбіті.
Проблемні запитання:
Чи діє сила тяжіння на людину в усіх трьох випадках?
Чи однаково людина тисне на підлогу в усіх випадках?
Чому під час різкого початку руху ліфта людина може відчути себе важчою?
Чому космонавти в космічному кораблі здаються невагомими, хоча Земля продовжує їх притягувати?
Учні висувають припущення. Учитель формулює проблему уроку: чому сила тяжіння діє на тіло постійно, але його вага може змінюватися або дорівнювати нулю?
Формування груп результатів: ГР1 — спостереження й висування припущень; ГР3 — пошук закономірності; ГР4 — постановка фізичної проблеми.
3. Вага тіла
Учитель пояснює:
Вага тіла — це сила, з якою тіло внаслідок притягання до Землі діє на опору або підвіс.
Вагу позначають (P). Одиниця вимірювання ваги — ньютон (Н), оскільки вага є силою.
Учитель наголошує на важливій відмінності:
сила тяжіння діє на тіло з боку Землі;
вага тіла діє на опору або підвіс з боку тіла.
Це різні сили, які прикладені до різних тіл.
Демонстрація «Книжка на столі»
Учитель кладе книжку на стіл і пропонує учням визначити сили, які діють у цій ситуації.
На книжку діють:
сила тяжіння, напрямлена вертикально вниз;
сила реакції опори з боку столу, напрямлена вгору.
Якщо книжка перебуває в спокої, ці сили врівноважують одна одну.
Водночас книжка тисне на стіл із силою, яку називають вагою книжки. За третім законом Ньютона ця сила дорівнює за модулем силі реакції опори, але напрямлена протилежно та прикладена до столу, а не до книжки.
Запитання:
На яке тіло діє сила тяжіння?
На яке тіло діє вага книжки?
Чому ці сили не є однією й тією самою силою?
Очікувані відповіді:
Сила тяжіння діє на книжку.
Вага книжки діє на стіл.
Вони прикладені до різних тіл і мають різний фізичний зміст.
Формування груп результатів: ГР2 — точне використання фізичних понять; ГР3 — розуміння взаємодії тіла й опори; ГР4 — аналіз сил у конкретній ситуації.
4. Коли вага дорівнює силі тяжіння?
Учитель розглядає випадок, коли тіло нерухоме відносно горизонтальної опори або рухається рівномірно прямолінійно, а вертикальне прискорення дорівнює нулю.
У такому випадку модуль ваги дорівнює модулю сили тяжіння:
[
P=mg
]
де:
(P) — модуль ваги тіла, Н;
(m) — маса тіла, кг;
(g) — прискорення вільного падіння, м/с².
Приклад. Людина масою 60 кг стоїть нерухомо на горизонтальній підлозі. Вважатимемо (g=10\ \text{м/с}^2).
[
P=mg=60\cdot10=600\ \text{Н}
]
Отже, модуль ваги людини дорівнює 600 Н.
Учитель уточнює: формула (P=mg) описує вагу в ситуаціях, коли тіло не має вертикального прискорення. Під час прискореного руху відносно опори або підвісу вага може відрізнятися від (mg).
Формування груп результатів: ГР2 — застосування формули; ГР3 — розуміння умов її використання; ГР4 — розрахунок ваги за відомою масою.
5. Вага тіла під час прискореного руху
Учитель демонструє або описує ситуацію з ліфтом.
Випадок 1. Ліфт стоїть або рухається рівномірно
Вертикальне прискорення відсутнє, тому:
[
P=mg
]
Людина тисне на підлогу з вагою, модуль якої дорівнює (mg).
Випадок 2. Ліфт прискорюється вгору
Коли ліфт починає прискорюватися вгору, сила реакції підлоги, а отже й модуль ваги людини, стає більшим за (mg). Людина відчуває, ніби стала важчою.
Для цього випадку:
[
P=m(g+a)
]
де (a) — модуль прискорення ліфта, напрямленого вгору.
Випадок 3. Ліфт прискорюється вниз, але ще не перебуває у вільному падінні
Модуль ваги зменшується:
[
P=m(g-a)
]
Тут (a) — модуль прискорення ліфта, напрямленого вниз, причому (a<g).
Учитель пояснює: ці формули стосуються простих випадків вертикального руху з відомим прискоренням, коли тіло контактує з горизонтальною опорою.
Запитання для учнів:
Чому під час прискорення ліфта вгору людина може відчути збільшення ваги?
Що відбудеться з вагою людини, якщо ліфт почне прискорюватися вниз?
Чи зміниться вага, якщо ліфт рухатиметься вниз рівномірно?
Очікувані відповіді:
Під час прискорення вгору сила дії людини на підлогу збільшується.
Під час прискорення вниз вага зменшується, якщо ліфт не перебуває у вільному падінні.
Під час рівномірного руху вага дорівнює (mg).
Формування груп результатів: ГР2 — опрацювання формул; ГР3 — пояснення залежності ваги від прискорення; ГР4 — аналіз побутових ситуацій.
6. Невагомість
Учитель пояснює:
Невагомість — це стан тіла, за якого його вага дорівнює нулю, тобто тіло не діє на опору або підвіс.
Невагомість виникає, коли тіло рухається під дією лише сили тяжіння, тобто перебуває у вільному падінні.
У стані невагомості сила тяжіння не зникає. Тіло й далі притягується Землею, але тіло та його опора або підвіс рухаються з однаковим прискоренням, тому тіло не тисне на опору й не розтягує підвіс.
Чому космонавти перебувають у стані невагомості?
Учитель демонструє відео космонавтів на борту орбітальної станції.
Космічна станція та космонавти перебувають у стані безперервного вільного падіння навколо Землі. Вони мають відповідне орбітальне прискорення, тому всередині станції виникає стан мікрогравітації, який у шкільному курсі описують як невагомість.
Важливе запитання: якщо на космонавта діє сила тяжіння, чому він не тисне на підлогу станції так, як людина на підлогу кімнати?
Очікувана відповідь: космонавт і станція перебувають у спільному вільному падінні. Космонавт не створює звичайної сили тиску на підлогу, тому його вага дорівнює нулю або є дуже близькою до нуля.
Уявний експеримент
Учитель пропонує уявити, що людина перебуває в ліфті, який раптово починає вільно падати.
Запитання: чи продовжить людина тиснути на підлогу ліфта?
Очікувана відповідь: ні, якщо людина й ліфт падають разом під дією сили тяжіння, контактна сила між людиною та підлогою зникає. Людина перебуває в стані невагомості.
Учитель обов’язково наголошує: цей приклад є фізичною моделлю, а не пропозицією проводити небезпечні експерименти.
Формування груп результатів: ГР2 — засвоєння поняття «невагомість»; ГР3 — розуміння умов її виникнення; ГР4 — пояснення руху космонавтів і розв’язання проблемної ситуації.
7. Розв’язування задач
Задача 1. Вага нерухомого тіла
Визначте вагу тіла масою 5 кг, яке нерухомо лежить на горизонтальній поверхні. Вважайте (g=10\ \text{м/с}^2).
Дано:
(m=5\ \text{кг})
(g=10\ \text{м/с}^2)
(P-?)
Розв’язання:
Оскільки тіло не має вертикального прискорення:
[
P=mg
]
[
P=5\cdot10=50\ \text{Н}
]
Відповідь: 50 Н.
Задача 2. Вага людини в ліфті
Людина масою 50 кг перебуває в ліфті, який прискорюється вгору з прискоренням (2\ \text{м/с}^2). Визначте модуль ваги людини. Вважайте (g=10\ \text{м/с}^2).
Дано:
(m=50\ \text{кг})
(a=2\ \text{м/с}^2)
(g=10\ \text{м/с}^2)
(P-?)
Розв’язання:
Під час прискорення вгору:
[
P=m(g+a)
]
[
P=50(10+2)=600\ \text{Н}
]
Відповідь: 600 Н.
Для порівняння: у стані спокою модуль ваги цієї людини становив би 500 Н. Отже, під час прискорення ліфта вгору вага збільшилася.
Задача 3. Зменшення ваги
Людина масою 60 кг перебуває в ліфті, який прискорюється вниз із прискоренням (2\ \text{м/с}^2). Визначте модуль ваги. Вважайте (g=10\ \text{м/с}^2).
Дано:
(m=60\ \text{кг})
(a=2\ \text{м/с}^2)
(g=10\ \text{м/с}^2)
(P-?)
Розв’язання:
Під час прискорення вниз, якщо (a<g):
[
P=m(g-a)
]
[
P=60(10-2)=480\ \text{Н}
]
Відповідь: 480 Н.
Задача 4. Невагомість
Космонавт масою 80 кг перебуває в космічному кораблі, який рухається по орбіті в стані вільного падіння. Яка його вага в ідеалізованій моделі невагомості?
Розв’язання: космонавт і корабель рухаються з однаковим прискоренням під дією сили тяжіння. Космонавт не тисне на опору.
[
P=0\ \text{Н}
]
Відповідь: 0 Н.
Важливо: сила тяжіння на космонавта продовжує діяти. Нульовою є вага, а не сила тяжіння.
Формування груп результатів: ГР2 — використання формул; ГР3 — пояснення умов зміни ваги; ГР4 — розв’язування задач та аналіз фізичних ситуацій.
8. Первинне закріплення знань
Завдання 1. Визнач, яке поняття описано.
Сила, з якою Земля притягує тіло.
Сила, з якою тіло діє на опору або підвіс.
Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю.
Відповіді: сила тяжіння; вага тіла; невагомість.
Завдання 2. Обери правильне твердження.
А. У стані невагомості сила тяжіння не діє.
Б. Вага тіла завжди дорівнює силі тяжіння.
В. У стані вільного падіння вага тіла дорівнює нулю в ідеалізованій моделі.
Г. Якщо ліфт рухається вниз, вага людини завжди дорівнює нулю.
Правильна відповідь: В.
Завдання 3. Поясни.
Чому космонавт на орбіті перебуває в стані невагомості, хоча Земля його притягує?
Очікувана відповідь: космонавт і космічний корабель перебувають у спільному вільному падінні, тому космонавт не тисне на опору. Сила тяжіння продовжує діяти, але вага дорівнює нулю в ідеалізованій моделі.
9. Формувальне оцінювання
| Критерій | Ознака досягнення |
|---|---|
| Розрізняє силу тяжіння та вагу | Пояснює, до яких тіл прикладені ці сили |
| Розуміє умови (P=mg) | Називає випадки, коли вертикальне прискорення відсутнє |
| Пояснює зміну ваги | Розрізняє прискорення вгору та вниз |
| Пояснює невагомість | Зазначає, що сила тяжіння зберігається, а вага дорівнює нулю |
| Розв’язує задачі | Правильно вибирає формулу відповідно до умов руху |
| Застосовує знання | Пояснює поведінку людини в ліфті або космонавта на орбіті |
10. Рефлексія
Учні завершують речення:
Сила тяжіння відрізняється від ваги тим, що…
Вага нерухомого тіла на горизонтальній опорі дорівнює…
Під час прискорення ліфта вгору вага людини…
Невагомість виникає тоді, коли…
Тепер я можу пояснити, чому космонавти…
11. Домашнє завдання
Опрацювати матеріал підручника про вагу тіла та невагомість.
Вивчити означення сили тяжіння, ваги тіла й невагомості.
Розв’язати задачі:
1. Визначте вагу тіла масою 8 кг, яке нерухомо лежить на горизонтальній поверхні. Вважайте (g=10\ \text{м/с}^2).
2. Людина масою 70 кг перебуває в ліфті, який прискорюється вгору з прискоренням (1\ \text{м/с}^2). Визначте модуль її ваги, якщо (g=10\ \text{м/с}^2).
3. Поясніть, чому під час вільного падіння вага тіла дорівнює нулю, хоча сила тяжіння продовжує діяти.
Відповіді для самоперевірки: 1) 80 Н; 2) 770 Н; 3) тіло й опора або підвіс перебувають у спільному вільному падінні, тому тіло не діє на опору чи підвіс.
Як результати навчання формуються протягом уроку
| Етап уроку | ГР1. Дослідження | ГР2. Інформація | ГР3. Закономірності | ГР4. Мислення й розв’язання проблем |
|---|---|---|---|---|
| Актуалізація знань | Спирається на спостереження дії сил | Відтворює поняття сили тяжіння | Пов’язує силу тяжіння з взаємодією тіла й опори | Формулює запитання про силу, з якою тіло діє на опору |
| Мотивація | Аналізує ситуації з ліфтом і космічним кораблем | Описує фізичні ситуації | Шукає причини зміни ваги | Формулює проблемне запитання |
| Вивчення ваги | Спостерігає взаємодію тіла з опорою | Розрізняє силу тяжіння й вагу | Пояснює прикладення сил до різних тіл | Аналізує сили в конкретній ситуації |
| Умови (P=mg) | Аналізує стан тіла | Використовує формулу | Установлює умови рівності ваги й сили тяжіння за модулем | Обчислює вагу |
| Прискорений рух | Аналізує модель ліфта | Опрацьовує формули | Пояснює зміну ваги залежно від напряму прискорення | Застосовує закономірність до побутової ситуації |
| Невагомість | Аналізує відео або модель | Пояснює поняття | Розуміє роль вільного падіння | Пояснює стан космонавта |
| Розв’язування задач | Аналізує задані умови | Записує дано, формули та одиниці | Обирає закономірність відповідно до руху | Розв’язує задачі й перевіряє відповіді |
| Рефлексія | Узагальнює спостереження | Формулює висновки | Систематизує знання про вагу | Оцінює власне розуміння |
Місце уроку в траєкторії формування груп результатів
| Група результатів | Стан після уроку | Подальший розвиток |
|---|---|---|
| ГР1 | Розвивається: учні аналізують досліди, демонстрації та моделі | Надалі досліджуватимуть дію сил у різних ситуаціях |
| ГР2 | Закріплюється й розвивається: учні розрізняють силу тяжіння та вагу | Використовуватимуть фізичні поняття для пояснення явищ тертя |
| ГР3 | Виходить на новий рівень: учні встановлюють залежність ваги від характеру руху | Поглиблять розуміння взаємодії сил під час вивчення сили тертя |
| ГР4 | Розвивається: учні розв’язують задачі на вагу та невагомість | Застосовуватимуть алгоритм аналізу фізичної ситуації в наступних задачах |
Перехід до наступного уроку
На цьому уроці учні з’ясували, що сила тяжіння та вага тіла мають різний фізичний зміст, а вага може змінюватися залежно від характеру руху.
Наступний урок — «Тертя. Сила тертя». Учні розглянуть ще один вид взаємодії, який виникає під час контакту тіл, з’ясують, від чого залежить сила тертя та яку роль вона відіграє в повсякденному житті.
Немає коментарів:
Дописати коментар