Конспект "Закон всемирного тяготения"

Урок в 10 классе по теме «Закон всемирного тяготения»

Цель

Изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость.

Задачи

Образовательные:

• изучить движение тел в гравитационном поле; выработать умения воспринимать и излагать новый материал;

• показать практическую значимость изученного материала;

• сформировать понятие гравитационных сил;

• добиться усвоения закона всемирного тяготения;

• познакомить с опытным определением гравитационной постоянной.

Воспитательные:

• формировать систему взглядов на мир;

• воспитывать интерес к творческий и исследовательский работе.

Развивающие:

• развивать речь, мышление;

• совершенствовать умственную деятельность: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты.

1 Организационный момент

Здравствуйте, ребята! Сегодняшний наш урок мне хотелось бы начать словами известного английского писателя Бернарда Шоу: «Если у вас есть яблоко и у меня есть яблоко, если мы обменяемся этими яблоками, то и у вас и у меня останется по одному яблоку. А если у вас есть идея и у меня есть идея и мы обменяемся идеями, то у каждого из нас будет по две идеи. Ваши идеи сегодня будут очень кстати. Итак, мы начинаем…

2. Мотивация

Скажите, пожалуйста, как связаны между собой падающее яблоко, Земля, вращающаяся вокруг Солнца и сэр Исаак Ньютон.

Тема урока «Закон всемирного тяготения»

3. Целеполагание

Какие цели урока вы могли бы поставить исходя из темы урока. (Ученики предлагают варианты целей). Прекрасно, я рада, что наши цели совпадают.

План урока у нас таков:

Сначала мы вместе восхитимся вашими глубокими знаниями - а для этого проведём маленький опрос.

Исходя из целей урока, нам нужно решить следующие ЗАДАЧИ УРОКА:

• изучить закон всемирного тяготения и границы его применения;

• рассмотреть историю открытия закона;

• показать практическое значение закона;

• закрепить изученную тему при решении качественных и расчетных задач.

Начнем урок с повторения основных понятий курса механики (фронтальный опрос).

Игра "Светофор":

• "Знаю" - зелёный цвет сигнальной карточки

• "Не знаю" - красный цвет

1. Какой вопрос решает динамика?(почему движется тело)

2. Перечислите основные физические величины динамики?(масса, сила)

3. Что такое масса тела? ( Физическая величина, количественно характеризующая свойства тел приобретать разные скорости при взаимодействии, то есть характеризующая инертные свойства тела); (мера инертности тел)

4. Какую физическую величину называют силой? (Сила – физическая величина, количественно характеризующая внешнее воздействие на тело, в результате которого оно приобретает ускорение или деформируется)

5. Сформулируйте законы Ньютона.

Первый закон Ньютона

(существуют такие системы отсчета, относительно которых тело (материальная точка) при отсутствии на нее внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.)

Второй закон Ньютона

(Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела.).

Третий закон Ньютона – закон взаимодействия.

(Тела действуют друг на друга силами, равными по величине и противоположными по направлению. Пояснения к закону: 1) силы не компенсируют друг друга, так как приложены к разным телам; 2) пара сил взаимодействия всегда одной природы.)

Учитель "случайно" роняет шарик со стола

Ой, извините, что-то упало. Такое же несчастье произошло с одним очень известным яблоком

4. Новый материал

4.1. История

В 1666 году в Кембридже началась какая-то эпидемия, которую тогда сочли чумой, и Ньютон удалился в свой Вульсторп. Здесь в деревенской тиши, не имея под рукой ни книг, ни приборов, живя почти отшельнической жизнью, двадцатичетырехлетний Ньютон предался глубоким философским размышлениям. Плодом их было гениальнейшее из его открытий — учение о всемирном тяготении.

Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. И знал, что Луна не просто находится на небе, а вращается вокруг Земли по орбите, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Вот тут и пришла ему идея о том, что, возможно, одна и та же сила заставляет яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

До Ньютона ученые считали, что имеются два типа гравитации: земная гравитация (действующая на Земле) и небесная гравитация (действующая на небесах). Такое представление прочно закрепилось в сознании людей того времени.

Прозрение Ньютона заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

Так и был открыт закон всемирного тяготения, который является одним из универсальных законов природы. Согласно закону, все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от химических и физических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. Тяготение на Земле проявляется, прежде всего, в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землёй. С этим связан термин «гравитация» (от лат. gravitas — тяжесть), эквивалентный термину «тяготение».

Знаменитая яблоня долго хранилась в назидание потомству. Она пережила Ньютона почти на сто лет. Позднее засохла, была срублена и превращена в исторический памятник в виде скамьи. Этот сорт яблони решили посадить во всех учебных заведениях

4.2.Закон и границы его применимости

А только ли Земля обладает способностью действовать на все тела с силой, которую называют силой тяжести?

В 1667 году английский физик Исаак Ньютон высказал предположение о том, что вообще между всеми телами действуют силы взаимного притяжения. Их называют теперь силами всемирного тяготения или гравитационными силами.

Гипотеза Ньютона: «Причина, вызывающая падения камня Землю, движение Луны во­круг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же».

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы вызваны одной причиной). Окинув единым мысленным взором «зем­ное» и «небесное», Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тя­готения, которому подвластны все тела во Вселенной - от яблок до планет!

Давайте попробуем смоделировать ситуацию, как будто время повернулось вспять, и мы попали на триста лет назад

повернулось вспять и мы попали на триста лет назад. Каждый из вас стал бы

Исааком Ньютоном.

Предложите: От каких величин зависит сила притяжения между телами?

(от массы, от расстояния между телами)

Итак: между телом и Землей, между планетами и Солнцем, между Луной и Землей, между всеми телами действуют силы всемирного тяготения, обобщенные в закон.

Все тела взаимодействуют друг с другом силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Исаак Ньютон был первым учёным, который сначала высказал гипотезу, объясняющую эти явления, а потом её научно доказал. 

В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом. Каждое тело массой М создает вокруг себя поле, которое называют гравитационным. Если в некоторую точку этого поля поместить пробное тело массой т, то гравитационное поле действует на данное тело с силой F, зависящей от свойств поля в этой точке и от величины массы пробного тела.

Английский физик Генри Кавендиш в 1798 г. оп­ределил, насколько велика сила притяжения между двумя объектами. В результате была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить массу Земли.

Оказалось, что G это универсальная константа, названная гравитационной постоянной. Значение этой величины получилось очень маленьким, и измерить его удалось только благодаря большой чувствительности крутильных весов. (видеофрагмент)

Физический смысл гравитационной постоянной:

Гравитационная постоянная численно равна силе, с которой притягиваются две частицы с массой по 1 килограмму каждая, находящиеся на расстоянии 1 метр друг от друга.

4.2.2. Границы применимости

Закон всемирного тяготения имеет определенные границы применимости. Он применим для: материальных точек; тел, имеющих форму шара; шара большого радиуса, взаимодейст­вующего с телами, размеры которых много меньше размеров шара.
Закон не применим, например, для взаимодействия бесконеч­ного стержня и шара.

5.Первоначальное закрепление знаний.

 1. Как изменится сила взаимодействия двух тел массами m₁ и m₂ , если массу одного из них увеличить в 2 раза, а массу другого уменьшить в 2 раза, не меняя расстояния между ними?         (не изменится)

2. Что произойдет с силой гравитационного взаимодействия двух тел, если расстояние между ними увеличить в 3 раза?             (В 9 раз уменьшится)4

3. Что произойдет с силой взаимодействия двух тел, если массу одного из них и расстояние между ними увеличить в 2 раза?             (уменьшится в 2 раза)

4. Почему пуговица, оторвавшись от пальто, падает на землю, ведь она находится значительно ближе к человеку и притягивается к нему?           (потому что масса земли намного больше массы человека)

5. Чем объясняется наличие и периодичность морских приливов и отливов на Земле?     (движением Луны вокруг Земли)

Почему луна не падает на Землю?

Почему мы замечаем силу притяжения всех тел к Земле, но не замечаем взаимного притяжения между самими этими телами?

Как двигались бы планеты, если бы сила притяжения Солнца внезапно исчезла?

Как двигалась бы Луна, если бы она остановилась на орбите?

Притягивает ли Землю стоящий на ее поверх­ности человеке? Летящий самолет? Космонавт, находящийся на орбитальной станции?

1. Практическое применение (презентация)

В Синьцэян-Уйгурском автономном районе на северо-западе Китая есть холм, по склону которого вода течет не вниз, а вверх. Этот факт отметили двое путешественников, приехавших туда на автомобилях.   Остановив автомобиль на дне расположенной на вершине  холма  V-образной впадины и сняв его с тормозов, туристы с удивлением обнаружили, что он сам покатился вверх по склону! Скорость его движения достигала 30 км/час. Вода, вылитая на дорогу, тоже потекла вверх, в сторону вершины. Некоторые ученые пытаются объяснить эти аномальные явления геологическими особенностями местности. Выходит, что законы всемирного тяготения здесь совсем не действуют.

1. Задача

1. Домашнее задание

П.31,

1. Определите силу тяготения между Землей и Солнцем, если их массы соответственно и расстояние между ними

2. Какой должна быть масса каждого из двух одинаковых кораблей, чтоб на расстоянии 1 км в море они притягивались с силой 1Н