Урок физики в 9 классе Закон всемирного тяготения

9 класс, МОУ СОШ с. Ширяевка, Михайловского района. Приморского края. Учитель Середа М.В.

План - конспект урока по теме

«Закон всемирного тяготения»

Тип урока : комбинированный

Цель урока:

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

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

Задачи урока:

1. Образовательные:

• сформировать понятие гравитационных сил, добиться усвоения закона всемирного тяготения, познакомить с опытным определением гравитационной постоянной;

2. Воспитательные:

   • формирование системы взглядов на мир;

3. Развивающие:

   • развитие речи, мышления;

   • совершенствование умственной деятельности: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты.

Оборудование к уроку:

• Компьютер

• интерактивный курс «Физика, 7-11 классы», Библиотека наглядных пособий.

• видеопроектор, экран

• презентация

Домашнее задание: §40,41,упр156. Используя ПК: 1.продолжить работу в проекте «А прав ли барон Мюнхгаузен ?»,

2. оформить творческую работу в виде буклета, используя среду Microsoft Office Publisher 2003/2007.

План урока:

1. Организация начала урока, объявление темы и цели урока - 2 мин.

2. Повторение пройденного материала по теме «Три закона Ньютона»- 5 мин.

3. Новый материал, просмотр интерактивного урока и презентации - 20 мин.

4. Решение задач 10 мин.

5. Подведение итогов урока - 3 мин.

Описание деятельности детей

1. 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.

2. Решение качественных и вычислительных задач на применение закона всемирного тяготения.

3. Просмотр и анализ опытов Кавендиша.

Что должно появиться в тетрадях учащихся:

• Число и тема урока.

• Формулировка и формула закона всемирного тяготения и записи, аналогичные записям на доске, решение задач.

• Домашнее задание.

Межпредметные связи на уроке:

• Математика (прямая и обратная пропорциональность, линейная зависимость, графики функций, выражение искомой величины через известные величины);

• Астрономия (строение солнечной системы);

• История (историческая справка открытия закона всемирного тяготения);

• Информатика (умение работы с ПК, навыки использования продуктов Microsoft Office и Internet Explorer).

Ход урока:

1. Повторение. Вспомним и ответим на следующие вопросы:

• Что такое ускорение свободного падения?

• Почему в воздухе кусочек ваты падает с меньшим ускорением, чем железный шарик?

• Действует ли сила тяжести на подброшенное вверх тело во время его подъема.

• С каким ускорением движется подброшенное вверх тело при отсутствии сопротивления воздуха?

• Первый закон Ньютона.

• Второй закон Ньютона.

• Чему равен гравитационный заряд космонавта массой 75 кг?

• Во сколько раз гравитационный заряд двухпудовой гири больше гравитационного заряда кирпича массой 2 кг?

3. Изучение нового материала.

Слайд 1.Тема урока.

Слайд 2.

Рассказ ученика о Галилео Галилее.

Итальянский ученый, один из основателей естествознания.

Свое первое открытие - закон колебания маятника - сделал еще в юности. С 1589 читает лекции в Пизанском университете. В 1590 Галилей пишет трактат «О движении», в котором выступает с резкими возражениями против воззрений Аристотеля и открывает, что ускорение свободного падения тел не зависит от их массы. В 1592 получает кафедру университета в Падуе.

Важнейшим достижением Галилея в динамике было создание принципа относительности, ставшего основой современной теории относительности.

Первые известия об изобретении в Голландии подзорной трубы дошли до Венеции в 1609. Заинтересовавшись этим открытием, Галилей значительно усовершенствовал прибор. 7 января 1610 произошло знаменательное событие: направив построенный телескоп (примерно с 30-кратным увеличением) на небо, Галилей заметил возле планеты Юпитер три светлые точки, это были спутники Юпитера (позже Галилей обнаружил и четвертый). Повторяя наблюдения через определенные интервалы времени, он убедился, что спутники обращаются вокруг Юпитера. Это послужило наглядной моделью кеплеровской системы, убежденным сторонником которой сделали Галилея размышления и опыт.

Изобретение телескопа позволило обнаружить фазы Венеры и убедиться, что Млечный Путь состоит из огромного числа звезд. Открыв солнечные пятна и наблюдая их перемещение, Галилей совершенно правильно объяснил это вращением Солнца.

В десятых годах XVII века начались гонения. Галилею удалось отстоять свое учение, но ненадолго: после выхода в 1632 «Диалога о приливах и отливах», где в форме разговора трех собеседников дано представление о двух главных системах мира Птоломея и Коперника, ему было предписано явиться в Рим. Допросы, угроза пыток сломили больного ученого, и 22 июня в монастыре св. Минервы Галилей отрекается от своих взглядов и приносит публичное покаяние. Теперь до конца жизни он стал узником инквизиции и принужден был жить на своей вилле Арчетри близ Флоренции. И лишь в 1992 папа Иоанн Павел II объявил решение суда инквизиции ошибочным и реабилитировал Галилея.

Слайд 3.

Рассказ ученика о Кеплере.

Немецкий астроном, один из творцов астрономии нового времени. Предположил, что природа планет родственна земной. Кеплер был сторонником идей Коперника о том, что планеты обращаются вокруг Солнца. На основе многолетних наблюдений, выполненных Тихо Браге, он открыл законы движения планет (законы Кеплера - 1609, 1602, 1618 года) и составил эфемериды. Заложил основы теории затмений. Изобрел телескоп, в котором объектив и окуляр - двояковыпуклые линзы. Выведенные из наблюдений законы Кеплера были использованы впоследствии Ньютоном для обоснования закона всемирного тяготения.

Слайд 4.

Рассказ ученика о Ньютоне.

Английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики, член и президент Лондонского королевского общества.

В 1664-67, когда в Лондоне свирепствовала чума, Ньютон сделал три важнейших открытия: дифференциальное и интегральное исчисления, объяснение природы света, закон всемирного тяготения, описанные в фундаментальных трудах «Математические начала натуральной философии» (1687) и «Оптика» (1704).

В механике Ньютон продолжил труды Галилея и Кеплера. Он сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, дал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики. Пространство и время считал абсолютными.

В «Оптике» обосновал законы отражения и преломления света на основе корпускулярной теории, исследовал интерференцию и дифракцию. В опытах с призмой открыл дисперсию света и разложил белый цвет в спектр. Построил первый зеркальный телескоп.

Был директором Монетного двора, наладил монетное дело в Англии. В 1703 Ньютон стал президентом Лондонского Королевского общества. Работы Ньютона на несколько столетий стали фундаментом для физики и техники. Некоторые открытия Ньютона оспаривались его современниками (в том числе Р. Гуком и Г. Лейбницем).

Исаак Ньютон был торжественно похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Слайд 5. Слова учителя о словах на слайде.

«Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов... Пусть смертные радуются, что существует такое украшение рода человеческого».

Просмотр анимации диска Физика 7-11 «Движение Луны c Землей вокруг Солнца»

Далее рассказ: По второму закону Ньютона причиной изменения движения, т. е. причиной ускорения тел, является сила. В механике рассматриваются силы различной физической природы. Многие механические явления и процессы определяются действием сил тяготения. 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 между 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. Именно этим соображения Ньютона отличались от догадок других ученых, например от догадок Гука, который тоже считал, что между телами действуют силы тяготения.

Просмотр фрагмента о законе всемирного тяготения с диска Интерактивный курс «Физика, 7-11 классы»

Содержание данного фрагмента:

Центростремительное ускорение Луны можно определить из чисто кинематических соображений, поскольку период обращения Луны вокруг Земли известен: T=27,3 суток. Известно было во времена Ньютона и расстояние от Земли до Луны. Оно равно 385 000 км. Обозначим его буквой R. Подставляя эти данные в формулу центростремительного ускорения, получим

a_л.=4π²R/T²=2,7·10^-3м/с²

Но как сопоставить это ускорение с ускорением свободного падения на поверхности Земли?
Если природа тяготения общая, то центростремительное ускорение Луны можно определить и из динамических соображений, используя общую закономерность для движения всех планет, найденную Кеплером, следующим образом.

Силу, удерживающую Луну на орбите, можно определить по второму закону Ньютона: F=ma_л.=4π²mR/T². Но по третьему закону Кеплера T²=R³/K, где K - некоторая постоянная, которую надо определить. Значит, F=4πmK/R², где m - масса Луны; R - расстояние от Земли до Луны.

Следовательно, сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния. Значит, отношение центростремительного ускорения Луны к ускорению свободного падения на поверхности Земли должно быть равно отношению квадрата радиуса Земли R_З. к квадрату расстояния от центра Земли до Луны, т. е.

a_л./g=R_З.²/R²

Поскольку И. Ньютон знал, что расстояние от Земли до Луны равно приблизительно шестидесяти земным радиусам, то он получил тот же результат: a_л.=2,7·10^-3м/с². Гипотеза была доказана, поскольку теоретический вывод совпал с результатом, полученным из наблюдений. Говорят, что Ньютон был так взволнован своим открытием, что был не в силах довести вычисления до конца и поручил это сделать своим ученикам. Сам Ньютон писал о своем открытии так: «И в тот же год (ему было всего 24 года) я начал думать о притяжении, как о чем-то относящемся к орбите Луны и, ...пользуясь правилом Кеплера, нашел, что силы, которые удерживают планеты на их орбитах, должны меняться обратно пропорционально квадратам расстояний от центров, вокруг которых они вращаются; и в связи с этим я сравнил силу, требуемую для того чтобы удержать Луну на ее орбите, с силой тяготения на поверхности Земли и нашел, что они весьма близки». Однако Ньютон установил не только существование всемирного тяготения и обратную пропорциональность силы тяготения квадрату расстояний между телами, но и зависимость этой силы от масс тяготеющих тел. Однако из полученной формулы F=4π²Km/R² не ясно, от чего зависит величина K. Тогда Ньютон сделал предположение, что она пропорциональна массе второго тяготеющего тела. Заметим, что это вытекает из третьего закона Ньютона. В самом деле, по третьему закону сила, с которой Луна притягивает Землю, равна по модулю силе, с которой Земля притягивает Луну:F_Л.=F_З., или 4π²K_З.m_З./R²=4π²K_Л.m_Л./R²
Отсюда следует K_З./m_Л.=K_Л./m_З.=G, где G - некая постоянная величина. Подставив K_Л.=Gm_З. в формулу, определяющую силу притяжения между Луной и Землей, получим F=Gm_Л.m_З./R².
Очевидно, что такой же результат окажется справедливым для взаимодействия всех планет с Солнцем и, более того, для взаимодействия любых тел.

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: F=Gm₁m₂/R^{2 ,} где G = 6,67·10^-11 м³/кг·с² -гравитационная постоянная.

Слайд 6.Запись закона всемирного тяготения в тетрадь.

Слайд 7. Запись в тетрадь.

Слайд 8. В лабораторных условиях закон всемирного тяготения удалось проверить лишь сто лет спустя после его открытия. Это сделал лорд Г. Кавендиш в 1798г. Опыты проводились при помощи крутильных весов (рис. 1). На длинном стержне 1 уравновешивались два маленьких шарика одинаковой массы m. Стержень был подвешен на тонкой проволоке 2. К маленьким шарикам с противоположных сторон стержня подставлялись на близком расстоянии большие свинцовые шары. Масса каждого большого шара была равна M. При сближении шаров проволока закручивалась. Угол закручивания проволоки регистрировался на шкале 3 по повороту светового пучка 4, отраженного от зеркальца 5. По углу закручивания проволоки определялся момент силы упругости, равный моменту пары сил, возникающих при притяжении маленьких шариков к большим.
Результаты опыта позволили определить гравитационную постоянную по формуле

G=FR²/mM

Получилось очень маленькое значение этой величины, которое удалось измерить только благодаря большой чувствительности крутильных весов.

^{Просмотр интерактивной модели} «Опыт Кавендиша по измерению гравитационной постоянной ^«.

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.

Слайд 9. Когда закон применим.

Слайд 10. Когда закон не применим.

Слайд 11. Одним из проявлений закона всемирного тяготения является сила тяжести. Сила тяжести направлена к центру Земли и на поверхности Земли равна F=mg

Слайд 12. Ускорение свободного падения в различных точках Земли.

Вывод формулы для ускорения свободного падения с записью в тетрадях.

F=GMm/r^2 , F=mg. GMm/r^2=mg. g=GM/r^2

Слайд 13. Сила тяжести на различных расстояниях от Земли. При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения убывают.

Решение задач.

1. С какой силой притягиваются друг к другу две книги, массой по 300 грамм, находящиеся на расстоянии 2 метра?

2. №157 учебника.

Итог урока:

1. 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 м3/кг·с2 -гравитационная постоянная.

2.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.

3. Сила тяжести на различных расстояниях от Земли. При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения убывают.

4.Вес тела и сила реакции опоры - следствия силы всемирного тяготения.

5. На основе теории тяготения Ньютона было предсказано существование неизвестной ранее планеты Нептун и спутника Сириуса и сделаны многие другие предсказания, впоследствии блестяще подтвердившиеся. В современной астрономии закон тяготения Ньютона является фундаментом, на основе которого вычисляются движения и строение небесных тел, их эволюция, определяются массы небесных тел.

Слайд 14. Рефлексия, выставление оценок.

Использованы следующие ресурсы:

Ресурсы Internet:

hde.kurganobl.ru/dist/disk/Shcool/Book/Sprav_material/Mech/p9.htm#q4 - опыты

Кавендиша по обнаружению гравитационного притяжения, определение значения гравитационной постоянной;

sch119comp4.narod.ru/014.htm - гравитационная постоянная;

home edu.ru/user/f/00001491/Les_05/Les_05/Htm_05/Les05_3_1.htm - теория.

Всемирное тяготение, сила тяжести

elementy.ru/trefil/23 - краткая теория, закон всемирного тяготения Ньютона;

Программные средства

• Microsoft PowerPoint. Microsoft Internet Explorer.

7