Закон Всемирного тяготения
методическая разработка по физике на тему

Образовательные:

1.Изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость.

 2.Шире раскрыть понятие взаимодействия тел на примере этого закона и ознакомить учащихся с областью действия гравитационных сил.

Воспитательные:

1.Формировать систему взглядов на мир.

 2.Содействовать формированию у школьников чувства ответственности за собственную и коллективную деятельность.

Развивающие:

1.Содействовать быстрой актуализации и практическому применению ранее полученных знаний, умений и способов действий в нестандартной ситуации.

2.Развивать речь, мышление.

Цели учащихся:

После изучения данной темы учащиеся должны:

• знать формулировку и формулу закона всемирного тяготения;
• возможность  применения закона всемирного тяготения для расчета  взаимодействия физических тел при решении учебных задач;
• понимать всеобщий характер и сущность этого закона;
• понимать физический смысл гравитационной постоянной.

Этапы

Время

Деятельность

 учащихся

Деятельность учителя

Организация работы

1-2 минуты

Подготовка к работе на уроке

Объявление темы урока и порядка работы на уроке.

согласование целей

Актуализация полученных ранее знаний и умений; коррекция и обобщение результатов.

6-7 минут

Фронтальный опрос

Приобретение новых знаний

15 минут

Участие в обсуждении и запись в тетради основных понятий и формул темы. Слушают объяснение нового материала, участвуют в беседе, обсуждают материалы презентации, отвечают на вопросы.

Изложение нового материала в форме лекции с элементами беседы с помощью презентации

Закрепление новых знаний

15-18 минут

Решение качественных и вычислительных  задач на применение закона всемирного тяготения

Контроль работы учащихся у доски и на местах

Подведение итога урока, выставление оценок, домашнее задание

2-3 минуты

Дом.задание:

Уровень А § 15, упр.15 (1,2), физика 9 кл., А.В. Перышкин, Е.М. Гутник, Дрофа 2006г., М.  Оцените силу тяготения между соседями по парте. Все необходимые данные получите сами

Уровень В §15 упр.15 (1,2,3), физика 9 кл., А.В. Перышкин, Е.М. Гутник, Дрофа 2006г., М.  

 Используя ПК написать мини-сочинение «Если бы исчезла сила притяжения…» и оформить, используя среду Microsoft Office Publisher 2003/2007.

Рефлексия

1 мин

1.Организационный момент(1-2 мин). Презентация.

– Сегодня на уроке мы с вами изучим закон всемирного тяготения, покажем его практическую значимость (слайды 1,2). Шире раскроем понятие взаимодействия тел на примере этого закона и ознакомимся с областью действия гравитационных сил. Узнаем, как определить массу Земли? (слайд3).

2.Проверка домашнего задания в виде фронтального опроса(6-7мин.)

– Начнем с того, что мы уже знаем. Вспомним и ответим на следующие вопросы (слайд4) :

1. Что называется свободным падением тела?
2. Что такое ускорение свободного падения?
3. Почему в воздухе кусочек ваты падает с меньшим ускорением, чем железный шарик?
4. Кто первым пришел к выводу о том, что свободное падение является равноускоренным движением?
5. Действует ли сила тяжести на подброшенное вверх тело во время его подъема.
6. С каким ускорением движется подброшенное вверх тело при отсутствии сопротивления воздуха?
3. Изучение нового материала (15 мин).

Изложение нового материала в форме лекции с элементами беседы. На интерактивной доске помещены портреты ученых и приготовлен план беседы с учащимися об исторических фактах, предшествующих открытию закона всемирного тяготения:

– Гипотеза Коперника о том, что все планеты движутся вокруг Солнца.
– Сбор эмпирических данных (тщательные измерения положения планет, выполненные астрономом Тихо Браге).
– Анализ данных и их обобщение в эмпирических законах, сделанное Кеплером.
– Построение теории, объясняющей все общие закономерности и предсказывающей многие новые следствия, сделанное Ньютоном.

          Попытки  объяснить строение солнечной системы, занимали умы многих великих людей. Особенно волновал вопрос о  том, что связывает планеты и Солнце в единую систему? Он  встал после того как Коперник «поместил» Солнце в центр, а все планеты «заставил» обращаться вокруг, т.е. открыл  гелиоцентрическую систему мира (слайд 5). Начались поиски закономерностей, которым подчиняется движение планет вокруг Солнца (слайд 6). Датский астроном Тихо Браге, многие годы, наблюдая за движением планет, накопил многочисленные данные, но не сумел их обработать. Это сделал его ученик Иоганн Кеплер. Им были открыты три закона движения планет вокруг Солнца. Но причину, определяющую эти общие для всех планет закономерности, Кеплеру найти не удалось. Если верить легенде, то в открытии закона всемирного тяготения виновато яблоко, падение, которого с дерева наблюдал И.Ньютон. Есть даже свидетельство современника И. Ньютона, его биографа, на этот счет: « После обеда мы перешли в сад, и пили чай под тенью нескольких яблонь. Сэр Исаак сказал мне, что точно в такой же обстановке он находился, когда ему впервые пришла мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока. Почему яблоко падает отвесно, подумал он про себя. Должна существовать притягательная сила материи, сосредоточенная в центре Земли, пропорциональная её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной» (слайд7-«Виртуальная лаборатория»).

 Эти мысли занимали И.Ньютона уже в 1665г., когда он, начинающий ученый, находился в своем деревенском доме, куда уехал из Кембриджа в связи с эпидемией чумы, охватившей большие города Англии.

Опубликовано было это великое открытие лишь через 20 лет. Не все сходилось у И.Ньютона с его догадками и расчетами, а, будучи человеком высочайшей требовательности, к себе, не доведенных до конца результатов он публиковать, не мог.

Далее вводится закон всемирного тяготения.

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между ними:

,

где G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг • с2 – гравитационная постоянная (слайд 8,9,10).

           Когда И.Ньютон  открыл закон всемирного тяготения. Он не знал ни одного численного значения масс небесных тел, в том числе и Земли, неизвестно ему было и значение постоянной G. Точные измерения гравитационной постоянной были проведены в 1798г. Генри Кавендишем - богатым английским лордом, прослывшим чудаковатым и нелюдимым человеком. Измерялось притяжение двух тяжелых шаров размером с человека (слайд11).  Шары были закреплены  на концах стержня, а стержень был  подвешен за середину на очень тонкой нити. Два других шара были  придвинуты в плотную к подвешенным так,  что гравитационное притяжение разворачивало  подвешенную систему до тех пор, пока вращающий момент не уравновешивался закрученной нитью. Затем  неподвижные шары переставляли по другую сторону подвешенных шаров, вызывая вращение в противоположном направлении. Для выполнения такого тонкого эксперимента необходимы незаурядное мастерство и смекалка. Чем больше подвешенные массы, тем сильнее наблюдаемый эффект. С другой стороны, чем больше массы, тем толще должна быть нить для подвеса, а это понижает  чувствительность системы к закручиванию. Вся система должна быть защищена от воздушных потоков и возможных электростатических полей. С помощью крутильных весов Кавендиш сумел измерить ничтожно малую силу притяжения между маленькими и большими металлическими шарами. Для этого ему пришлось использовать столь чувствительную аппаратуру, что даже слабые воздушные потоки могли исказить измерения. Поэтому, чтобы исключить посторонние влияния, Кавендиш разместил свою аппаратуру в ящике, который оставил в комнате, а сам проводил наблюдения за аппаратурой с помощью телескопа из другого помещения. Полученное Кавендишем значение всего на 0,5 % отличается от современного значения - изумительный факт на фоне сложности эксперимента и уровня развития техники двухвековой давности. В то время этот эксперимент был широко известен как «взвешивание» Земли.

     Закон всемирного тяготения справедлив для точечных, а также сферически симметричных тел. (работа с учебником стр. 59-60). Приближенно он выполняется для любых тел, если расстояние между ними значительно больше их размеров. Одним из проявлений закона всемирного тяготения является сила тяжести. Сила тяжести направлена к центру Земли и на поверхности Земли равна F = mg.

Ответ на проблемный вопрос, поставленный вначале урока (слайд12):

, , 

4.Закрепление изученного материала.

4.1. Постановка и работа над следующими проблемами (слайд13):

1. Чем ограничиваются размеры животных на Земле?

     Фактически насекомые обитают в условиях сильно пониженной по сравнению с более крупными животными гравитации. Поэтому вопрос о том, какой вес смог бы поднять муравей, если бы был размером со слона, просто не имеет смысла. Строение тела насекомых и вообще всех мелких животных оптимально именно для пониженного тяготения, и ноги у муравья просто не выдержат веса тела, не говоря уже о каком-то дополнительном грузе. Так сила тяжести накладывает ограничения на размеры наземных животных, и самые крупные из них (например, динозавры), по-видимому, существенную часть времени проводили в воде.

2. Чему равен вес самых тяжелых из земных птиц?

     Летательные способности в животном мире также ограничены массой тела. Не только сила мышц, но и площадь крыльев растет пропорционально квадрату линейных размеров, т.е. при некоторой предельной массе тела полеты становятся невозможными. Эта критическая масса составляет примерно 15 – 20 кг, что соответствует весу самых тяжелых из земных птиц. Поэтому очень сомнительно, что древние гигантские ящеры действительно могли летать; скорее всего, их крылья позволяли им только планировать с дерева на дерево.

3. Почему среди тяжелоатлетов так много низкорослых?

      Достаточно распространено мнение, что занятия тяжелой атлетикой замедляют рост спортсменов, поэтому, мол, среди тяжелоатлетов так много низкорослых. На самом деле низкорослость штангистов действительно наблюдается, но только в ограниченных весовых категориях, особенно среди легковесов. Каждый тип ткани (мышцы, кости, кожа, жировая прослойка и т.д.), из которых состоит тело, составляет определенный процент от его общего веса. И если предположить, что эти пропорции одинаковы для двух человек разного роста, то более низкий человек, естественно, будет весить меньше. Однако если он за счет мышц наберет такую же массу тела, что и высокий, то это будет означать, что абсолютная мышечная масса у него больше. А больше мышечная масса – больше сечения мышц, и, следовательно, в этих условиях при равной массе тела низкий тяжелоатлет действительно сильнее высокого, поэтому последние просто отсеиваются.

4.2.Решение задач Р-153,156

5.Итог урока. Домашнее задание: 

• Уровень А § 15, упр.15 (1,2), физика 9 кл., А.В. Перышкин, Е.М. Гутник, Дрофа 2006г., М.  
• Оцените силу тяготения между соседями по парте. Все необходимые данные получите сами

• Уровень В §15 упр.15 (1,2,3), физика 9 кл., А.В. Перышкин, Е.М. Гутник, Дрофа 2006г., М.
•  Используя ПК написать мини-сочинение «Если бы исчезла сила притяжения…» и оформить, используя среду Microsoft Office Publisher 2003/2007.

6.Рефлексия.

Дополнительный материал:

Закон всемирного тяготения

Притяжение двух масс

Мы видали, и не раз.

Как привязанные где-то,

К Солнцу тянутся планеты.

У Луны к Земле давно

Притяжение дано,

И куда бы нас без знаний

В неизвестность занесло?

Подели без  колебаний

На квадраты расстояний

Масс умноженных число.

О всемирной постоянной,

Умоляю, не забудь-

С ней, старухой окаянной,

При расчётах трудный путь.

Получили мы закон,

Так записан в книгах он.

                       (В.Чикин)