Закон всемирного тяготения

Размещено на http://www.allbest.ru/

План-конспект урока

«Закон всемирного тяготения»

Предмет: физика,10 класс; учебник Тихомирова С.А., Яворский Б.М.

Класс: «10б»

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний.

Методы изучения: объяснительно-иллюстративный с частично-поисковым методом

Вид урока: урок-беседа.

Цели:

1. Дидактическая цель: Продолжить формирование, расширить, систематизировать и углубить понятие всемирного тяготения; познакомить с формулировкой, математической записью закона всемирного тяготения, физическим смыслом гравитационной постоянной.

2. Познавательная цель: Усвоить содержание и значимость закона всемирного тяготения для человечества и цивилизации; определить границы применимости данного закона.

Задачи:

1. Обучающая:

· Актуализировать знания о данном законе и понятии гравитационных сил;

· Актуализировать знания о физических величинах, которые входят в содержание данного закона;

· Опытным путем объяснить учащимся о значимости данного закона;

· познакомить с опытным определением гравитационной постоянной;

· показать практическую значимость данного закона;

· сформировать понятие гравитационных сил;

· добиться усвоения закона всемирного тяготения.

2.Развивающая:

· выработать умения воспринимать, осмысливать и воспроизводить новый материал;

· создание условий для развития речи, мышления;

· совершенствовать умственную деятельность: анализ, синтез, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты, систематизировать знания;

· развитие умений частично-поисковой познавательной деятельности;

· создать условия для развития коммуникативных навыков (работа в группах);

· содействовать развитию умений осуществлять рефлексивную деятельность.

3. Воспитательная:

· воспитывать интерес к творческой и исследовательской работе;

· формировать систему взглядов на мир.

Оборудование: Компьютер, мультимедийный проектор, раздаточный материал, табличный материал, математический маятник.

1. Организационный момент

Учитель: -Здравствуйте, ребята, садитесь! Как вы уже догадались, урок у нас сегодня необычный, нам предстоит почувствовать красоту и важность физики в жизни человечества и цивилизации.Для начала, давайте вспомним что же такое физика?

Учащиеся: -Наука о природных явлениях.

Учитель: Любая наука всегда на чем-то основывается, давайте вспомним с помощью чего физика изучалась, что открывалось в процессе изучения физики, что открывали физики с помощью наблюдений? - законы, методы, теории, аксиомы и так далее.

Сегодня нам предстоит лучше познакомится и расширить знания об одном из величайших законов, который до сих пор хранит в себе много тайн. Для того, чтобы Вы смогли изучить этот закон, сформулировать тему урока и заняться совместной проектной деятельностью, давайте ответим на наводящие вопросы:

- С помощью этого закона можно найти клад, не зная и не изучая карты местности, обычно искатели кладов большую часть времени тратят на поиски карты, где спрятан клад, а с помощью этого закона можно безо всякой карты найти клад!!! может кто-нибудь знает, что же это за закон?

- Изучали и пытались объяснить этот закон множество учёных, а открыл его один ученный, который являлся членом Королевского общества, но он 2 раза пытался оттуда выйти, 1 раз ссылаясь на то, что далеко живет, 2 раз объяснил свой отказ тем, что у него недостаточно средств платить взносы в общество, и тогда Королевское общество пошло ему навстречу и впервые, лишь для него одного было разрешено не платить налог обществу. Может быть сейчас кто то скажет что это за закон? ...

- Человек, который открыл закон, считал себя обычным мальчишкой, просто гуляющим у моря, но мир восторженно кричал, что это гений. Может быть, кто-то знает о ком и чем пойдет речь?

-С помощью математической записи этого закона было определенно, что Земля «сплюснута» на полюсах, в 1735 году отправились две экспедиции, 1 на север, 2 на юг, больше года длилось это исследование.Нестерпимая жара, тропические ливни, лихорадка и нападения индейцев, ннепроходимые болота, сырой промозглый туман и лютая стужа - вот с чем столкнулись эти экспедиции. 2 слайд.

А ученый о котором пойдет сегодня речь, определил это не выходя из комнаты. И тогда писатель Вольтер написал эпиграмму об этом.

«Посланец физики, отважный мореход,

Преодолев и горы, и моря,

Влача квадрант средь снега и болот,

Почти что превратившись в лопаря,

Узнал ты после множества потерь,

Что знал УЧЕНЫЙ, не выходя за дверь!» 3 слайд.

Фамилия ученного заменена на слово УЧЕНЫЙ

Может быть, кто-то знает о ком и чем пойдет речь?

(нечаянно роняя карандаш на пол)

А вот и проявился наш закон? О чем речь?

Учитель:- Это взаимодействие происходит как на Земле, так и за ее пределами, исходя из этого, давайте вместе сформулируем тему урока, я вам дам небольшую подсказку.

Учащиеся: -Закон всемирного тяготения. (тема урока).

Учитель: - Запишите число и тему урока. Ребята, как Вы думаете, на какие вопросы нужно ответить и какие задачи нам предстоит решить на уроке, чтобы с 100% уверенностью сказать, что мы изучили закон?

Учащиеся: … предлагают варианты…

Учитель: На самом деле физики давно определили группу задач для изучения законов, и вот, что мы должны знать:

- формулировку и математическую запись закона,

- опыты подтверждающие справедливость данного закона,

- как применяются на практике,

- границы применимости законы. 5слайд.

Сегодня нам предстоит ответить на вопросы, решив эти задачи. И сравнить совпадают ли Ваши знания о данном законе с научным содержанием. Начнем мы с первого пункта.

2. Актуализация знаний.

3. Изучение нового материала.

Учитель: - Существует легенда, что к открытию закона тяготения Ньютона подтолкнуло наблюдение падающего с дерева яблока. Говорят, что ещё в молодости Ньютон задумывался над тем, почему яблоко падает вниз, а не в сторону.

- Ньютон высказал такую гипотезу: «Причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же» и предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной - от яблока до планеты. 6 слайд.

Учитель: -Вы уже знакомы с законом всемирного тяготения, может быть кто-нибудь вспомнит как он формулируется? и его математическую запись?

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

Это и есть закон всемирного тяготения! Запишите формулировку и математический вид закона.

Учитель: Давайте вспомним, в каких единицах измеряется масса и сиа, это поможет нам при вычислениях?

Учащиеся: масса в кг, сила в Н.

Учитель: так же нам понадобится формула силы тяжести, давайте вспомним математическую запись этой силы. (напомнить: сила гравитационного взаимодействия на Земле, проявляет себя как сила тяжести!!!)

Учащиеся:

всемирный тяготение гравитационный

F=mg

Учитель: Выражение для силы тяготения Ньютон получил еще в 1666 г., когда ему самому было всего лишь 24 года (акцентировать внимание на этом), но результаты оказались неточными так, как имевшиеся в то время данные о расстоянии от Земли до Луны были неточными, а Ньютон был очень скрупулезным человеком, и спрятал свои расчеты и гипотезы в «долгий ящик». 16 лет спустя появились новые, исправленные сведения об этом расстоянии. После того, как были проведены новые расчеты, охватившие движение Луны, всех открытых к тому времени планет солнечной системы, комет, приливы и отливы, теория была опубликована. Как писал известный физик Лодж: «Беспредельно большое значение и глубина его открытия настолько ослепляют его своим сиянием, что затуманенные глаза не видят рукописи. В изнеможении он отбрасывает перо; тайна мироздания, наконец, открылась ему, единственному в мире...». 9слайд. Вот мы и рассмотрели 1 задачу, и ответили на вопросы. Дальше по плану у нас задача рассмотреть опыты, подтверждающие действие закона, для того чтобы, в конце урока мы смогли с удивлением и восхищением сказать, что это действительно великий закон. а знаете ли вы опыты из приктики Вашей жизни?

Учащиеся: Приводят примеры (падение предметов, водопады и др…)

Учитель: Правильно, взгляните на слайд, все эти анимации (дождь, снег, падающее яблоко, водопад, снежные лавины, листья с деревьев) подтверждают справедливость нашего великого закона. 10 слайд.

Но при изучении этого закона Ньютон ни как не мог понять что же за коэфициент G в его формуле. Мы ощущаем силу притяжения к Земле, однако притяжение малых тел друг к другу неощутимо. Требовалось экспериментально доказать справедливость закона всемирного тяготения и для обычных тел. Именно это и сделал Генрих Кавендиш. (видеоролик с экспериментом) 11 слайд.

-Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его называют гравитационной постоянной 12 слайд.

G = 6,67·10-¹¹ Н·м²/кг² (СИ).

Учитель: Запишите значение гравитационной постоянной в тетрадь. Как уже было сказано, этот закон распространяется абсолютно на все тела, от яблока до планет.

Учитель: Как я уже говорила в начале урока, что с помощью данного закона, можно найти клад, у вас на столах лежат принадлежности, посмотрите на них внимательно и выскажите предположения, как с помощью них и закона найти клад?

Учащиеся: высказывают предположения.

Учитель: я предлагаю вам проделать небольшой, но очень значимый опыт, по определению радиуса Земли r, но для его определения нам понадобится знать ускорение свободного падения g, напомните мне пожалуйста чему оно равно? - g =9,8 м/с² и сравнить его с известным значением, а потом я вам расскажу секрет, как найти клад. Но мы должны учитывать, что в любом школьном эксперименте есть погрешность, какая погрешность разрешена при условиях школьного эксперимента?

Учащиеся: 25 %

Учащиеся: проделывают опыт (приложение 1 - раздаточный материал), сравнивают полученное значение с g =9,8 м/с^2.

Приложение 1.

Средства измерения:

1) часы с секундной стрелкой;

2) измерительная лента

Материалы: 1) шарик с отверстием; 2) нить; 3) штатив

Порядок выполнения работы

1. Установите на краю стола математический маятник.

2. Измерьте длину подвеса мерной лентой.

3. Отклоните маятник от положения равновесия на 3 - 5 см и отпустите его.

4. Измерьте время t, при 7 полных колебаний (N).

6. Вычислите значение периода колебаний T по значению времени t.

T=t/N

Вы уже проделывали этот опыт в 9 классе, поэтому я вам просто напомню формулу

7. Вычислите значение g по формуле:

8. Полученные результаты запишите в тетрадь:

Учитель: Если бы ваше полученное значение получилось на 20% больше известного, то именно это и говорило бы нам, что в этом месте внутри Земли есть клад, а если бы значение получилось на 20% меньше, то это означало бы, что под Землей пустоты. Но не стоит забывать, что ускорение свободного падения разнится на экваторе и полюсах Земли, так на экваторе оно равно g = 9,780 м/сІ а на полюсах g = 9,832 м/сІ.

g=Gm_з²/r² -

эта формула связывает ускорение свободного падения и радиус Земли, запишите ее и давайте выразим r, чтобы узнать на каком же мы радиусе. Числитель делим на результат, а так как радиус в квадрате, то это выражение под корнем.

Учащиеся:

,

рассчитывают.

Учитель: Вот с помощью одного закона, мы смогли рассчитать радиус Земли на котором мы находимся, решили еще дну задачу.

А теперь нам предстоит исследовательская очень интересная работа, каждая группа получит свое индивидуальное задание, после этого вы поделитесь своими результатами, мы с вами будем убеждаться насколько важен этот закон для различных сфер человеческой жизни, действительно великий закон!

Если мы не будем успевать по времени, то выслушаем только 3 группы которые быстрее справятся с заданием, а оставшиеся 2 группы возьмут задание на дом и на следующем уроке поделятся результатами. На эту работу вам отводится 5 мин.

Группа №1

Вы должны рассказать нам зависит ли скорость падения тел от их массы.

«Путем рассуждений Галилей установил, что скорость падения тел не должна зависеть от их массы. Галилей рассуждал так: когда тела падают, они не давят друг на друга и одной своей частью на другие части, т. е. не взаимодействуют. Поэтому их можно представить себе отдельно существующими и связанными веревкой. Если отпустить одновременно три абсолютно одинаковых камня, то скорости их падения будут одинаковыми. Если же повторить этот опыт, соединив два из трех камней невесомой цепью (цепью, не имеющей массы), то можно говорить о падении двух тел, массы которых отличаются в два раза. Но и в этом случае скорости падения тел будут одинаковыми, поскольку цепь невесома».

1. Прочтите информацию, выделите опыт, который проводил Галилей.

2. Помните, что сила тяжести это и есть гравитационная сила, приравняйте ее к силе притяжения, сократите все необходимые величины, выразите g.

3. Проанализируйте полученную формулу и объясните как закон всемирного тяготения подтверждает опыта Галилея.

Примечание: Отвечайте кратко, математические формулы, которыми вы пользовались и результат!

Группа №2.

Вам предстоит ответить на вопрос, почему же мы не ощущаем на себе притяжение между друг другом, и сказать от чего зависит сила притяжения!

1. Выберете двух ребят из группы и померите притяжение между ними.

2. Для этого воспользуйтесь законом всемирного тяготения.

3. Измерите все необходимые данные и подставьте формулу, посчитайте силу притяжения между друг другом, сделайте вывод, почему мы ее не ощущаем.

Примечание: Не забудьте про единицы измерения, они должны быть в СИ. Отвечайте кратко, математические формулы, которыми вы пользовались и результат!

Группа №3.

Расскажите кратко о притяжении Земли и Солнца.

«Представьте себе мощную стальную колонну, поперечником в 5 м. Площадь ее сечения заключает круглым счетом 20 000 000 кв. мм; следовательно, такая колонна разрывается лишь от груза в 2 000 000 тонн. Вообразите, далее, что колонна эта простирается от Земли до самого Солнца, соединяя оба светила. Знаете ли вы, сколько таких могучих колонн потребовалось бы для удержания Земли на ее орбите? Миллион миллионов!».

1. Прочитайте и проанализируйте текст.

2. С помощью закона всемирного тяготения рассчитайте притяжение между Землей и Солнцем. (m_З=5,9*10²⁴кг, m_С=1,9*10³⁰кг, r=149 600 000 км )

Примечание: Отвечайте кратко, математические формулы, которыми вы пользовались и результат, сравните число с числом стальных колонн, соединяющих Землю и Солнце!

Группа №4.

У вас ответственное задание - взвесить Землю!

1. Вспомните и запишите математическую запись закона всемирного тяготения.

2. Так как закон всемирного тяготения на Земле проявляет себя как сила тяжести, приравняйте их.

3. Сократите все необходимые величины, выразите массу и посчитайте! (радиус Земли r=6378100 м)

Примечание: Отвечайте кратко, математические формулы, которыми вы пользовались и результат.

Учитель: - Сегодня на уроке мы решили с вами столько много задач, с помощью всего лишь одного закона, именно поэтому в начале урока и было сказано, ЕГО ВЕЛИЧЕСТВО ЗАКОН!!!

Это тот закон, который не только объяснил архитектуру Солнечной системы и Вселенной в целом, но и позволил ответить на целый ряд чрезвычайно важных мировоззренческих и физических вопросов:

§ объяснена структура гравитирующей Вселенной;

§ объяснено поведение галактик и звёздных скоплений;

§ открыта неизвестная планета Солнечной системы - Нептуна («Планета, открытая на кончике пера»);

§ открытие Гершелем двойных звёзд;

§ выяснен механизм образования планет и звёзд, происхождение солнечной системы;

§ объяснены Кеплеровы законы эллиптического движения планет;

§ выявлено единство законов движения планет и комет. (Кометы были включены в состав солнечной системы);

§ объяснена сплюснутость, сжатость планет;

§ вычислены массы Солнца, звёзд и планет (« взвешивание планет и звёзд»);

§ объяснено происхождение макротел (« Мельчайшие частицы материи могут сцепляться посредством сильнейших притяжений, составляя большие частицы,… при сцеплении таких частиц составляются тела заметной величины»);

§ объяснено происхождение морских и океанических приливов и отливов.

Так как значимость закона велика, и мы сегодня в этом убедились, Ньютона прозвали гением! Им восхищались во всем мире, это восхищение образно, столетием спустя, выражено одним из величайших математиков XVIII Л. Лагранжем, следующим образом: «Ньютон был величайшим гением из всех, когда-либо существовавших, и самый счастливый, ибо только однажды дано человеку открыть систему мира»

После смерти был установлен Памятник Исааку Ньютону в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, пожалуй, один из самых известных в мире. Эпитафия на его надгробии гласит: «Природа и ее законы были укрыты тьмой, и Бог сказал: «Да будет Ньютон, да будет свет».

4. Рефлексия.

Как я уже говорила, в конце урока нам предстоит осмыслить наш урок, поэтому я предлагаю Вам ответить на несколько простых вопросов

1. сегодня я узнал…

2. было интересно…

3. было трудно…

4. я научился…

5. у меня получилось …

6. меня удивило…

5. Домашнее задание.

§16, ответьте на вопрос, как с помощью закона всемирного тяготения, можно объяснить приливы и отливы.

Размещено на Allbest.ru

...