Конспект урока по физике на тему'Закон всемирного тяготения'

План-конспект урока на тему:

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ

ТИП УРОКА: УРОК-ИССЛЕДОВАНИЕ.

Цели урока.

Образовательные:

• Создать условия для развития продуктивного мышления, в которых ученик сможет применить сформированные УУД, научиться новым.

1. Спланировать и провести эксперимент по исследованию зависимости силы всемирного тяготения от масс тел и расстояния между ними;

2. Управлять виртуальной программой;

3. Самостоятельно оценить полученные результаты;

4. Применить необходимые формулы для аналитических расчетов

5. Построить графики зависимости;

6. Синтезировать полученные на основе исследования знания и сформулировать закон всемирного тяготения;

Развивающие:

• Создание условий для развития способов умственной деятельности (СУД) путем получения умозаключений на основе всей совокупности полученных из эксперимента суждений.

Воспитательные:

Создать условия для воспитания ответственного отношения к учебной деятельности.

Оборудование урока:

1. Виртуальная экспериментальная установка по исследованию всемирного тяготения;

2. Технологическая карта исследования;

3. Персональные компьютеры

4. Учебник Физика-10, Мякишев, Буховцев.

5. Учебные принадлежности;

6. Шляпа разума и корзина сомнений;

7. Напечатанные формулы;

Применяемые технологии:

1. Исследовательская;

2. Критического мышления;

3. Информационно-коммуникацмонная;

Содержательный объем моделирующей программы и порядок организации учебной деятельности учащихся(Из материалов, предоставленных автором виртуальной компьютерной программы кандидатом педагогических наук Сухлоевым М.П.).

1.Виртуальная экспериментальная установка по исследованию всемирного тяготения включает:

• исследуемые объекты: система двух звезд, движущихся по круговым орбитам вокруг общего центра масс. Движение звезд по круговым орбитам обеспечивается подбором скоростей их движения при строго определенных значениях масс звезд посредством функциональных возможностей программы.

• управляющие элементы, обеспечивающие работу самой моделирующей программы перемещением мыши при одновременном нажатии ее левой кнопки:

• «масштаб времени» - регулирует скорость просмотра изображения;

• « M1 » - позволяет изменять массу первой звезды;

• « M2 » - позволяет изменять массу второй звезды;

• « R » - позволяет изменять расстояние между исследуемыми небесными объектами.

А также управляющие элементы, обеспечивающие работу щелчком левой кнопки мыши:

• «помощь» - выводит на экран дисплея краткую информацию о содержании работы;

• « « » » - удаляет с экрана дисплея информацию о содержании работы;

• « стоп » - останавливает движение звезд;

• « старт » - возобновляет движение звезд вокруг общего центра масс.

• датчики, отслеживающие численное значение масс звезд, их скорости движения по круговым орбитам, расстояние между центрами масс звезд.

Ход урока:

1й этап: Постановка проблемы.

Учитель:

Создаю фантастическую проблемную ситуацию невозможности жизни на Земле и поиска других условий в космосе для жизни землян. (Вставка из компьютерной программы «Обучение с приключением», Медиахаус).

Какие условия необходимы для жизни на новой планете?

Ученики:

• Наличие тяготения.

• Наличие атмосферы, температурный режим.

• Наличие воды

• Наличие органической жизни

Учитель: Сегодня мыс вами - научно-исследовательский центр изучения проблем Всемирного тяготения. Актуальность нашего исследования исходит из предполагаемых проблем изменения условий жизни Человечества на Земле.

Формулировка проблемы: «Исследовать явление тяготения в звездной системе двойных звезд».

В нашем центре созданы три исследовательских группы, которые провели предварительные изыскания, и руководители этих групп готовы сообщить результаты:

Ученики:

Делают сообщения на темы:

1. Тайна созвездия Лебедь (Демшин А.)

2. Планеты двойных звездных систем (Карпенко В.)

Сообщаем результаты предварительных изысканий(работа в интернете, поиск звездных систем, в которых обнаружены объекты, имеющие сходство с Солнечной системой, двойные звезды).

2 этап. Актуализация знаний, поиск способов решения проблемы:

Учитель:

Какими методами мы можем проводить исследования?

Ученики:

А)Аналитический, по фотографиям

Б)Исследование с использованием моделирующей виртуальной программы.

Делим ПРОБЛЕМУ на три микропоблемы:

• исследовать зависимость силы тяготения от массы первой звезды.

• исследовать зависимость силы тяготения от массы второй звезды.

• исследовать зависимость силы тяготения от расстояния между звездами.

Учитель:

Создаю условия для проведения исследовательской работы в составе малых групп и индивидуально за компьютером с использованием виртуальной программы.

В классе 24 учащихся. Организую три группы по 8 обучаемых в каждой. Внутри группы происходит распределение ролей. ( аналитик, теоретик, математик, математик, руководитель - эксперт, 3 экспериментатора, которые отправляются за компьютеры, оставшиеся работают за учебными столами). Предлагаю учащимся выбрать роль.

Учащиеся: по желанию распределяют роли.

Каждый учащийся в группе получает технологическую карту исследования.

Прошу в технологической карте найти сформулированную проблему для каждой группы и для каждого экспериментатора.

Предлагаю учащимся ознакомиться с особенностями управления экспериментом посредством апробации и затем перезапустить программу.

Ученики: изучают фотографии двойных звезд

Ученики: производят практические действия по управлению виртуальной программой.

Учитель:

Из набора букв, находящихся в шляпе знаний соберите формулу для расчета силы тяготения, являющейся в данном случае центростремительной. Все остальное, на ваш взгляд не нужное, уберите в шляпу сомнений. Прокомментируйте сделанный вами выбор.

Ученики:

Т.к. звезды движутся точно по круговым орбитам, то согласно II закону Ньютона F= m·a и формуле для расчета центростремительного ускорения при равномерном движении тела по окружности =v²/r. Отсюда формула для расчета силы приобретает вид: F= m·v ² / r , где r - радиус окружности, по которой движется звезда.

Ученики:

Находят свои задания в технологической карте и приступают к их выполнению

Задание для 1 группы: По фотографиям исследовать зависимость силы тяготения от массы первой звезды.

Задание для 2 группы: По фотографиям исследовать зависимость силы тяготения от массы второй звезды.

Задание для 3 группы: По фотографиям исследовать зависимость силы всемирного тяготения от расстояния между звездами.

3 этап:Исследовательская работа.

Задания для исследователей, работающих с компьютерной программой:

Задание для 1 группы(3 компьютера): С помощью виртуальной программы исследовать зависимость силы тяготения от массы первой звезды.

Технологическая карта исследования:

Установить две величины, которые в течение данного этапа экспериментальной деятельности учащихся должны быть неизменными:

• массу второй звезды с помощью управляющего элемента « M2 »;

• расстояние между звездами с помощью управляющего элемента « R ». Причем радиус окружности, по которой движется первая звезда, можно определять двумя способами:

  • по координатной сетке в масштабе указанном на экране;

  • по датчику, который появляется на экране дисплея, при подведении курсора «рука» к звезде.

Например, m ₂ =32·10²⁴кг ; R = 8·10⁸м.

Изменять с помощью управляющего элемента « M1 » массу первой звезды.

Снимать показания датчиков, отслеживающих численные значения массы первой звезды и скорости ее движения.

Определить по координатной сетке радиус окружности, по которой движется первая звезда.

Рассчитать силу, действующую на первую звезду по формуле F= m₁· v₁ ² / r_1. .

Занести в таблицу численные значения массы первой звезды, скорости ее движения по орбите, радиус орбиты и силы тяготения. Построить график зависимости. Для упрощения расчетов округление численных значений можно производить с точностью до десятых.

Например результаты исследования могут быть такими:

№ эксп.

1

2

3

m _1, кг ·10²⁴

17

22

26

v_1, м/с

1334

1273

1220

r_1, м ·10⁸

5,268

4,800

4.408

F_1, Н · 10²²

13,253

18,814

24,216

По данным таблицы постройте график (по оси абсцисс промасштабируйте причину, ось ординат - следствие).

F10²²

0

По данным таблицы и графика предлагаю учащимся сформулировать выводы (суждения) о характере зависимости словесно и в виде математической пропорции.

Словесная формулировка о виде зависимости (возможно несколько видов ее грамматической формы):

Сила тяготения, действующая на первую звезду прямо пропорциональна ее массе.

Чем больше масса первой звезды, тем больше сила тяготения, действующая на нее.

При увеличении массы первой звезды увеличивается и действующая на нее сила тяготения

В виде математической пропорции: F₁ ~m_1.

Далее предлагаю учащимся дать формально логическое обоснование выявленной зависимости. Для этого необходимо использовать логические правила перехода от суждений к умозаключению, используемые в дедуктивной теории рассуждений.

1 суждение

График представляет прямо пропорциональную зависимость.

2 суждение

На графике отражена зависимость силы, действующей на первую звезду, от ее массы.

Умозаключение

Зависимость силы, действующей на первую звезду, от ее массы является прямо пропорциональной.

Задание для 2 группы(3 компьютера): по аналогичной схеме исследовать зависимость силы тяготения от массы второй звезды.

Установить две величины, которые в течение данного этапа экспериментальной деятельности учащихся должны быть неизменными:

• массу первой звезды с помощью управляющего элемента « M1 »;

• расстояние между звездами с помощью управляющего элемента « R ».

Например, m ₁ =20·10²⁴кг ; R = 8·10⁸м

Изменять с помощью управляющего элемента « M2 » массу второй звезды.

Снимать показания датчиков, отслеживающих численные значения массы второй звезды и скорости ее движения.

Определить по координатной сетке радиус окружности, по которой движется вторая звезда.

Рассчитать силу, действующую на вторую звезду по формуле F= m₂· v₂ ² / r_2. .

6. Занести в таблицу численные значения массы второй звезды, скорости ее движения по орбите, радиус орбиты и силы тяготения. Для упрощения расчетов округление численных значений можно производить с точностью до десятых.

Например результаты исследования могут быть такими:

№ эксп.

1

5

9

m _2, кг ·10²⁴

17

22

26

v_2, м/с

966

909

861

r_2, м ·10⁸

4,378

3,886

3,487

F₂ Н · 10²²

6,591

9,629

12,680

Далее по данным таблицы построить график. Если необходимо провести аппроксимацию.

По данным таблицы постройте график (по оси абсцисс промасштабируйте причину, ось ординат - следствие).

F

0

По данным таблицы и графику предложите учащимся сформулировать выводы (суждения) о виде зависимости словесно и в виде математической пропорции.

Словесная формулировка о виде зависимости:

Сила всемирного тяготения, действующая на вторую звезду прямо пропорциональна ее массе.

В виде математической пропорции: F₂ ~m_2.

Далее предложите учащимся дать формально логическое обоснование выявленной зависимости, используя правила перехода от суждений к умозаключению, используемые в дедуктивной теории рассуждений.

1 суждение

График представляет прямо пропорциональную зависимость.

2 суждение

На графике отражена зависимость силы всемирного тяготения, действующей на вторую звезду, от ее массы.

Умозаключение

Зависимость силы всемирного тяготения, действующей на вторую звезду, от ее массы является прямо пропорциональной.

Задание для 3 группы(3 компьютера): исследовать зависимость силы всемирного тяготения от расстояния между телами.

Предварительно напоминаю учащимся о том, что с помощью управляющего элемента изменяется расстояние между звездами, которое рассчитывается по формуле: R=r₁+r₂, где r₁- это расстояние от центра масс до первого тела, а r₂- расстояние от центра масс до второго тела. Далее предлагаю учащимся.

Установить следующие две величины, которые в течение этого этапа эксперимента будут неизменными:

• массу первой звезды с помощью управляющего элемента « M1 »;

• массу второй звезды с помощью управляющего элемента « M2 ».

Например, m ₁ =22·10²⁴кг ; m ₂ =18·10²⁴кг .

Изменить с помощью управляющего элемента « R » расстояние между звездами.

Снять показания датчиков, отслеживающих численные значения скоростей движения обоих звезд.

2. 1. Определить по координатной сетке в масштабе, указанном на экране дисплея радиусы окружностей, по которым движутся звезды.

   2. Рассчитать силы, действующие на первую и вторую звезды соответственно по формулам : F₁=(m₁v₁²) / r₁ и F₁=(m₂v₂²) / r₂.

   3. Внести в таблицу численные значения скоростей движения звезд по орбитам, радиусов орбит и сил тяготения.

   4. Провести необходимое количество экспериментов и внеси данные в таблицу.

Например результаты исследования могут быть такими:

№ эксп.

1

2

3

R, м · 10⁸

2

8

14

v_1, м/с

1652

826

624

r₁, м · 10⁸

0,909

3,636

6,364

F_1, Н · 10²²

66,051

4,128

1,346

v_2, м/с

1983

991

749

r₂, м · 10⁸

1,091

4,364

7,636

F_2, Н · 10²²

64,937

4,051

1,322

Далее по данным таблицы построить графики F₁ = f(R), F₂ = f(R)..

По данным таблицы постройте график (по оси абсцисс промасштабируйте причину, ось ординат - следствие).

F

0 R

Очень важно, чтобы учащиеся понимали, что зависимость силы тяготения от расстояния между звездами обратно пропорционально именно квадрату радиуса, а не самому расстоянию. Для этого, например, можно предложить учащимся сравнить во сколько раз отличаются расстояния между звездами в экспериментах. Элементарные расчеты, проведенные с точностью до сотых, покажут, что если радиусы отличаются в 7 раз, то силы тяготения при этих значениях расстояний отличаются уже не в 7, а в 49 раз (64,937 · 10²² Н / 1,322 · 10²² Н = 49,12.

По данным таблицы и графикам предлагаю учащимся сформулировать выводы (суждения) о виде зависимости словесно и в виде математической пропорции.

2. 5. Словесная формулировка о виде зависимости может быть такой:

Сила всемирного тяготения, действующая на первую звезду обратно пропорциональна квадрату расстояния между звездами.

Сила всемирного тяготения, действующая на вторую звезду обратно пропорциональна квадрату расстояния между звездами.

В виде математической пропорции: F₁ ~ 1/ R², F₂ ~ 1/ R²,

2. 3 этап:

После проведения исследования вся группа собирается вместе, обсуждает результаты.

Эксперты выносят результаты исследования на всеобщее обозрение (вывешивают на доску на магнитных держателях графики и результаты расчетов по формулам).

Учитель:

предлагаю учащимся-экспертам сообщить выводы, к которым пришла каждая группа и объединить выявленные закономерности в закон.

Ученики:

Формулируют результаты исследований.

Формулируют закон всемирного тяготения.

2. 4 этап: Рефлексия. Подведение итогов урока.

Что интересного узнали?

Какие навыки приобрели?

1. Планирования и проведение эксперимента. Научились управлять виртуальной программой;

2. Умение самостоятельно оценить полученные результаты;

3. Умение применить необходимые формулы для аналитических расчетов;

4. Навык построения и анализа графиков;

5. Умение синтезировать полученные на основе исследования знания, формировать суждения и умозаключения;

Над чем еще необходимо работать?

Совершенствование навыков математических расчетов (действия со степенями).

Оценки за исследование.