Закон всемирного тяготения

10 класс

Урок по теме: «Закон всемирного тяготения».

Цель урока: Изучить закон всемирного тяготения, показав его практическую значимость. Более широко раскрыть понятие взаимодействия тел на примере этого закона и ознакомить учащихся с областью действия гравитационных сил.

Задачи урока:

-образовательные: формирование понятия «гравитационные силы»; изучение закона всемирного тяготения, границ его применимости, знакомство с опытным определением гравитационной  постоянной; раскрытие понятия «взаимодействие тел» на примере закона всемирного тяготения и ознакомление с областью гравитационных сил;

- развивающие: развитие умений анализировать учебный материал: наблюдать, сравнивать, сопоставлять изучаемые явления, факты,  делать выводы; развитие умственной деятельности, целостности   восприятия и умений анализировать знания;

- воспитательные:  воспитание познавательного интереса  культуры умственного труда и естественно-материалистического мировоззрения.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация к уроку

Эпиграф

«Причину же свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».  Исаак Ньютон

Ход урока

І. Орг. момент.

ІІ. Актуализация опорних знаний

На предыдущих уроках мы изучили три закона Ньютона Говорили о таких явлениях, как взаимодействие тел, инерция; рассматривали физические величины: сила, масса тела, ускорение тела.

Начнем с того, что мы уже знаем. Ответим на следующие вопросы:

• Перечислите основные физические величины динамики? (Масса, сила.)

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

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

• 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.)

• Приведите пример взаимодействия тел и опишите пару сил взаимодействия между ними.

ІІІ. Мотивация учебной деятельности.

Из повседневного опыта вы знаете , что мяч, подброшенный вверх, падает на Землю, Луна обращается вокруг Земли, Земля вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, не имеющих ничего общего, вызваны одной причиной. Проведя многочисленные расчеты, Ньютон пришле к выводу, что все тела в природе притягиваются друг к другу

IV. Изучение нового материала

Мы повторили основные понятия, которые помогут нам изучить тему занятия: «Закон всемирного тяготения».

Сегодня мы должны ответить на вопросы:

• почему наблюдается падение тел на Земле?

• почему планеты движутся вокруг Солнца?

• почему Луна движется вокруг Земли?

1. Понятие о гравитационных силах

В отличие от короткодействующих сильных и слабых взаимодействий, электромагнитные и гравитационные взаимодействия имеют свойство дальнего действия: их действие проявляется на очень больших расстояниях. Все механические явления в макроскопическом мире определяются исключительно гравитационными и электромагнитными силами. Действие планет на спутники, полет артиллерийских снарядов, плавание тел в жидкости — во всех этих явлениях проявляются гравитационные силы.

Между физическими телами действует сила взаимного притяжения. Такие явления, как падение тел на Землю, движение Луны вокруг Земли, планет вокруг Солнца и другие, происходят под действием сил всемирного притяжения, называют гравитационными.

Согласно второму закону Ньютона, тело движется с ускорением только под действием силы. Сила и ускорение направлены в одну сторону.

Пример: Шарик падает вниз. Мы знаем, что его притягивает к себе Земля, то есть на шарик действует сила притяжения Земли. А только ли Земля обладает способностью действовать на все тела с силой, которую называют силой тяжести?

2.Закон всемирного тяготения

В 1667 году английский физик Исаак Ньютон высказал предположение о том, что: «Причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же» Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной –от яблока до планеты. Вообще между всеми телами действуют силы взаимного притяжения.

Их называют силами всемирного тяготения или гравитационными силами.

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:

Где: G - постоянная всемирного тяготения (гравитационная постоянная);

и – массы взаимодействующих тел;

Ŗ – расстояние между ними

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Г. Кавендиш закрепил два маленьких свинцовых шара (диаметром 5 см и массой 775 г каждый) на противоположных концах двухметрового стержня. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. Два больших свинцовых шара (20 см диаметром и массой 45,5 кг) близко подводились к маленьким. Силы притяжения со стороны больших шаров заставляли маленькие перемещаться, при этом проволока закручивалась. Степень закручивания была мерой силы, действующей между шарами. Эксперимент показал, что гравитационная постоянная

G = 6,67

Границы применимости закона :

• материальные точки;

• тела, размеры которых значительно меньше, чем расстояния между ними;

• тела, имеющие форму шара;

• -шар большого радиуса, взаимодействующий с телами, размеры которого значительно меньше размеров шара.

Пользуясь законом всемирного тяготения астрономы открыли «на кончике пера» планету Нептун. На основании этого закона на много лет вперед предсказывают солнечные и лунные затмения, рассчитывают движение космических кораблей. Ярчайшим примером применения закона Всемирного тяготения является запуск искусственного спутника Земли советскими учеными в 1957 году

Частным случаем силы всемирного тяготения является сила тяжести.

Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести.

F=mg, где g= 9,8 –ускорение свободного падения

Видеоролик «Закон всемирного тяготения» (1:35) https://www.youtube.com/watch?time_continue=90&v=rPnIp1ddfyM

V. Закрепление изученного материала.

Ответить на вопросы: :

• Почему мы не замечаем взаимного притяжения окружающих тел?

• Почему сила тяготения уменьшается, если тело удалено на значительное расстояние от поверхности Земли?

• Притягивается ли Земля к висящему на ветке яблоку?

Решить задачи:

1. Как изменится сила гравитационного взаимодействия двух тел одной массы, если:

1. масса одного тела увеличится в 2 раза, 3 раза, 7 раз;

2. масса двух тел уменьшится в 2, 3, 7 раз;

3. расстояние между телами увеличится в 2, 3, 7 раз?

2. Которой является расстояние между шарами массой 100 кг каждый, которые находятся в покое, если они притягиваются друг к другу с силой, равной 0,1 Н?

3. Определите массу Земли. Радиус Земли считать равным 6400 км.

VI. Итоги урока

Обсуждение вопросов

1. Что общего между падением тел на Землю, вращением Луны вокруг Земли, приливами и отливами?

2. Почему до Ньютона никто не смог объяснить природу движения планет?

3. Как двигались небесные тела, если бы они не притягивались друг к другу?

4. Как зависит сила притяжения двух тел от их масс и от расстояния между ними?

VII. Домашнее задание: Выучить § 28 учебника.

Решить задачу: Чему равна сила гравитационного притяжения между двумя одинаковыми бильярдными шарами в момент столкновения? Масса каждого шара 200 г, диаметр 4 см.

Рефлексия: А теперь вернёмся к вопросам, которые мы обсудили на уроке.

• Что мы знаем?

• Что мы умеем?

• Для чего это необходимо?

Видео «Закон всемирного тяготения» 16 мин. https://www.youtube.com/watch?time_continue=9&v=w311PjX_rWw