Урок по физике для 9 класса «Закон всемирного притяжения»

Дубровинская основная школа

Учитель: Доброжанская Мария Владимировна

Тема: Закон всемирного тяготения

Цель: формирование понятия «гравитационные силы»; изучение закона всемирного тяготения.

Задачи:
обучающая: сформировать понятие «гравитационные силы»; изучить закон всемирного тяготения, границы его применимости; раскрыть понятие «взаимодействие тел» на примере закона всемирного тяготения и ознакомить с областью действия гравитационных сил;

развивающая: развить умение анализировать учебный материал: наблюдать, сравнивать, сопоставлять изучаемые явления и факты, делать выводы; развивать умственную деятельность, целостность восприятия и умений анализировать знания;

воспитательная: воспитать познавательный интерес, культуру умственного труда и естественно-материалистические мировоззрения.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку, карточки для проверочной работы на 2 варианта, таблица для рефлексии (у каждого ученика).

Тип урока: комбинированный.

Ход урока

1. Организационный момент. Мотивация. Объявление темы и цели урока.

2. Актуализация опорных знаний (8 мин) проверочная работа по карточкам.

3. Основная часть. Изучение нового материала (20 мин)

- Как был открыт закон всемирного тяготения?

Из истории физики…

Датский астроном Тихо Браге (1546-1601), долгие годы наблюдавший за движением планет, накопил огромное количество интересных данных, но не сумел их обработать.

Иоганн Кеплер (1571-1630), используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдений Тихо Браге, установил законы движения планет вокруг Солнца, однако не смог объяснить динамику этого движения.

После открытия Коперником гелиоцентрической системы мира начались поиски закономерностей, которым подчиняется движение планет вокруг Солнца.

Исаак Ньютон открыл этот закон в возрасте 23 лет, но целых 9 лет не публиковал его, так как имевшиеся тогда неверные данные о расстоянии между Землей и Луной не подтверждали его идею. Лишь в 1667 году, после уточнения этого расстояния, закон всемирного тяготения был наконец-то отдан в печать.

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

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т.д.), 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!

Существует легенда, что постоянно думая над этим вопросом и наблюдая за падением яблока с ветки дерева, Ньютон выдвинул гипотезу о том, что движение планет по орбитам вокруг Солнца и падение тел на Землю вызваны одной и той же причиной - тяготением, которое существует межу всеми телами. Теперь исследования историков показывают, что такая догадка высказывалась учеными и до Ньютона. Однако именно он из этой гипотезы сделал частный, но очень важный вывод: между центростремительным ускорением Луны и ускорением свободного падения на Земле должна существовать связь. Эту связь нужно было установить численно и проверить.

- Исаак Ньютон - английский физик и математик, создатель теоретических основ механики и астрономии. Он открыл закон всемирного тяготения, разработал дифференциальное и интегральное исчисления, изобрел зеркальный телескоп и был автором важнейших экспериментальных работ по оптике. Ньютона по праву считают создателем классической физики.

В 1667 году Ньютон высказал предположение, что между всеми телами действуют силы взаимного притяжения, которые он назвал силами всемирного тяготения.

- Исаак Ньютон был первым учёным, который сначала высказал гипотезу, объясняющую эти явления, а потом научно её доказал. Он рассчитал центростремительные ускорения планет. Но самое главное, что в 1687 году он установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения:

«Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними: F где m₁ и m₂ - массы взаимодействующих тел, r - расстояние между телами, G - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в природе и называемый постоянной всемирного тяготения, или гравитационной постоянной».

( - вывод из основной формулы r,m)

Гравитационное взаимодействие - это взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу.

Гравитационное поле - особый вид материи, осуществляющий гравитационное взаимодействие.

Следует обратить внимание на то, сформулированный закон всемирного тяготения справедлив лишь для материальных точек. Ньютон также доказал, что закон справедлив для шаров, плотность которых распределена симметрично относительно их центров. В этом случае R - это расстояние между центрами шаров.

Закон всемирного тяготения справедлив для точечных, а также сферически симметричных тел. Приближенно он выполняется для любых тел, если расстояние между ними значительно больше их размеров.

- 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 m, 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 и массу Земли.

Опыты проводились при помощи крутильных весов. На длинном стержне уравновешивались два маленьких шарика одинаковой массы. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. К маленьким шарикам с противоположных сторон стержня подставлялись на близком расстоянии большие свинцовые шары. Масса каждого большого шара была равна М. при сближении шаров проволока закручивалась. Угол закручивания проволоки регистрировался на шкале по повороту светового пучка, отраженного от зеркальца. По углу закручивания проволоки определялся момент силы упругости, равный моменту пары сил, возникающих при притяжении маленьких шариков комплекс, лабораторных измерений подтвердил найденное выражение для силы взаимного притяжения тел. Оказалось, что G - это уникальная константа. Значение этой величины получилось очень маленьким, и измерить его удалось только благодаря большой чувствительности крутильных весов.

G - гравитационная постоянная, она численно равна силе гравитационного притяжения двух тел, массой по 1 кг, находящихся на расстоянии 1м одно от другого.

G=6,67 *10^-11Н*м²/кг²

Сила взаимного притяжения тел всегда направлена вдоль прямой, соединяющей эти тела.

(ПРОЕКТЫ: ЛИЧНОСТЬ, ПЛАНЕТА)

- 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.

Сила тяготения очень мала и становится заметной только тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет очень большую массу (планета, звезда).

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.

*** Все тела притягиваются друг к другу, но почему закон всемирного тяготения не проявляется постоянно вокруг нас в обычной обстановке? Почему мы не видим, как притягиваются друг к другу столы, арбузы, люди? (потому что сила притяжения для небольших предметов очень мала.)

4. Закрепление (12 мин).

Подумай и ответь (устно)

1. Почему Луна не падает на землю?

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

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

4. Притягивает ли Землю стоящий на её поверхности человек? Летящий самолет? Космонавт, находящийся на орбитальной станции?

5. Некоторые тела (воздушные шары, дым, самолеты, птицы) поднимаются вверх, несмотря на тяготение. Как вы думаете почему? Нет ли здесь нарушения закона всемирного тяготения?

6. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между двумя телами?

7. Какая сила вызывает приливы и отливы в морях и океанах Земли?

8. Почему мы не замечаем гравитационного притяжения между окружающими нас телами?

Мини-тест

1. С.

2. В.

3. А.

Расчётные задачи

1. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической станции массой 20 т на расстояние 500 м. найдите силу их взаимного притяжения.

2. На каком расстоянии сила притяжения между двумя телами, массой по 1000 кг каждое, будет равна 6,67 *10-⁹Н?

3. Два одинаковых шарика находятся на расстоянии 1 м друг от друга и притягиваются с силой 6,67 *10^-15Н. Какова масса каждого шарика?

Вопрос-ответ

Составьте вопросы и затем дайте ответ к фрагментам 1-4 на рисунке см слайд 22.

Подведение итогов. Решение мотивац.проблемы. Рефлексия (5мин)

Домашнее задание §15 упр 12 №1,2 - для слабых уч-ся,№3,4,5 -для сильных уч-ся.