Урок по физике для 9 класса по теме: Закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения

(комбинированный урок)

Этот урок для учащихся IX классов занимающихся по учебнику А.В. Перышкина и Е.М. Гутник «Физика. 9 кл.».

Образовательная цель урока: обосновать справедливость закона всемирного тяготения, формировать умения применять закон всемирного тяготения для изучения движения тела в поле тяготения.

Образовательные задачи урока:

1. Проверить усвоение учащимися знания законов Ньютона и формул, описывающих кинематику движения тела по окружности;

2. Сформировать умения учащихся применять законы Ньютона и формулы для кинематики движения тела по окружности для описания движения тела в поле тяготения;

3. Сформировать умения учащихся строить систему знаний путем решения ими ключевых задач по теме.

Общие замечания

Работа на уроке осуществляется в малых группах. Оценка работы учащихся на каждом этапе урока, производится на основе самопроверки или взаимопроверки: ученики соотносят результаты решения с образцом решения, который проецируется на экране, обсуждают возникающие вопросы. Критерии оценки: оценка «4» ставится, если есть вычислительные ошибки, но не искажены подходы к решению поставленной задачи; оценка «3» ставится, если есть вычислительные ошибки, но не искажены подходы к решению поставленной задачи и нет вывода или вывод не правильный; оценка «2» не выставляется. Полученную оценку ученики выставляют на полях тетради, которую сдают в конце урока. Учитель проверяет записи в тетради и выставляет (или не выставляет на основе анализа записей ученика в тетради) оценки, полученные учениками на уроке в журнал.

Общее количество оценок, которые может получить каждый ученик, - две оценки (оцениваются этапы актуализации знаний и закрепления знаний). Общая оценка знаний за каждый этап определяется как средняя арифметическая оценка решения задач, предусмотренных на данном этапе урока.

Этапы урока и их содержание

А

Рисунок 1. Прибор для демонстрации независимости движенияктуализация знаний

1. Экспериментальное задание. Установите зависимость дальности полета тела от начальной скорости тела. Для выполнения экспериментального задания используйте прибор для демонстрации независимости движения (см. рис. 1) (экспериментальное задание можно выполнить, используя дугообразный желоб или пружинный пистолет). Значение начальной скорости тела определите на основе закона сохранения энергии. Заполните таблицу 1.

Таблица 1. Зависимость дальности полета от значения начальной скорости тела, брошенного горизонтально

№

Высота h, м

Высота H, м

Значение начальной скорости , м/с

Дальность полета l, м

Сила, действующая на тело

Вид движения

По оси 0х

По оси 0у

По оси 0х

По оси 0у

1

0

0

0

2

0,04

3

0,2

Вывод: (_{Как зависит дальность полета тела, брошенного горизонтально, от значения его начальной скорости? Зависит ли вид движения от значения начальной скорости тела? Приведите примеры).}

2. Расчетная задача. Определите значение начальной скорости тела, брошенного горизонтально, чтобы тело двигалось по окружности вокруг Земли (для решения задачи можно использовать алгоритмическое предписание, которое приведено ниже). Радиус Земли принять равным 6400 км.

Решение.

№

Алгоритмическое предписание

Решение

1

Постройте графическую модель движения тела вокруг Земли, указав направление силы тяжести и начальной скорости

2

Запишите формулу, для определения центростремительного ускорения

3

Запишите II закон Ньютона применительно к задаче

4

Запишите выражение, позволяющее вычислить значение 1-ой космической скорости, вычислите ее значение

5

Сравните значение 1-ой космической скорости со значениями тех скоростей, которые получены в эксперименте

3. Экспериментальное задание. К нитке крепко привяжите ластик. Вращая ластик на нитке в горизонтальной плоскости над головой, оцените по мускульному усилию: а) изменение натяжения нити при изменении частоты вращения; б) изменение натяжения нити при той же частоте вращения от массы вращающегося ластика (к нитке ученики крепко привязывают два ластика); в) изменение натяжения нити при той же частоте вращения от длины нити. Проведите аналогию между движением ластика на нити и движение тела вокруг Земли, предположите от чего и как зависит сила притяжения тела к Земле. Результаты рассуждений занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

Физическая величина

От чего зависит?

Как зависит?

Сила притяжения к Земле

Оценка работы носит не обязательный характер: оцениваются лишь те учащиеся, которые правильно провели аналогию между движением ластика на нити и движение тела вокруг Земли и предположили от чего и как зависит сила притяжения тела к Земле. Работа осуществляется в форме фронтального опроса.

Организация усвоения новых знаний по теме урока

Задания:

1. Прочитайте предположение И. Ньютона и определите основные свойства указанных сил (гравитационных сил).

Предположение И. Ньютона: движение планет вокруг Солнца и падение тел на Землю вызваны одной и той же причиной - тяготением, которое существует между всеми телами.

Свойства гравитационных сил:

- гравитационные силы - силы взаимного… (притяжения);

- два тела притягиваются друг к другу с…(равными) силами и направлены они в …(противоположные) стороны.

2. Запишите закон всемирного тяготения: , m₁, m₂ - массы взаимодействующих тел, r - расстояние между телами; G - гравитационная постоянная. Используя рисунок 31 учебника [6, с.60] выпишите условия применения закона всемирного тяготения (на данном этапе урока можно заслушать заранее подготовленное краткое сообщение ученика по теме: «Сомнительные пункты теории тяготения И. Ньютона» [2, С.15-16]).

3. Поясните этапы доказательства справедливости закона всемирного тяготения на примере сравнения движения тела вблизи поверхности Земли и движения Луны.

Содержание

задачи

Известные данные

Этапы решения

Пояснение

Определить центростремительное ускорение Луны

Т=27,3 сут. - период обращения Луны вокруг Земли

r=60r_{з -} расстояние между центрами Земли и Луны

r_з=6400 км - радиус Земли

Содержание

задачи

Известные данные

Этапы решения

Пояснение

Определить центростремительное ускорение Луны

ускорение свободного падения на поверхности Земли

,

r=60r_{з -} расстояние между центрами Земли и Луны

r_з=6400 км - радиус Земли

,

4. Предложите ответы на следующие вопросы:

- Почему для доказательства справедливости закона всемирного тяготения использовались кинематические характеристики движения Луны, а не таких планет Солнечной системы, как Марс, Венера, Меркурий? (движение Луны вокруг Земли изучено лучше, а так же такие характеристики системы «Земля-Луна», как размеры, расстояние, масса являются более точными, чем для других систем по причине близости)

- Почему для доказательства справедливости закона всемирного тяготения находили ускорение, которое имеет Луна при движении вокруг Земли, а не силу взаимного притяжения Земли и Луны? (Во времена Исаака Ньютона значение гравитационной постоянной не было известно, ее значение определил лорд Г. Кавендиш лишь спустя сто лет после открытия закона всемирного тяготения).

- Опишите один из методов нахождения ускорения свободного падения на Земле? Можно ли применять данный метод на других планетах Солнечной системы? Внутри космического корабля, который свободно вращается вокруг Земли? Ответ поясните (один из методов определения ускорения свободного падения приведен в лабораторной работе №2 [6,с.231]); данный метод применим на других планетах, значение ускорения свободного падения будет определяться массой планеты; в космическом корабле метод не применим, т.к и корабль и тело будут двигаться с одним и тем же ускорением, определенным притяжением к Земле, т.е тело будет находиться в невесомости)

2. Закрепление новых знаний

Закрепление знаний осуществляется путем решения системы задач. Системность предложенных задач определяется ключевыми вопросами темы урока, решение которых направлено на построение модели системы «Земля-Луна». К основным вопросам относятся следующие вопросы:

1. Рассчитать и указать значение силы тяжести, действующей на тело данной массы и вес этого тела на поверхности Земли и Луны, если известны массы Земли, Луны и рассматриваемого тела, а также радиусы Земли, Луны;

2. Указать точки приложения сил взаимного притяжения Земли и ее спутника, планеты и Солнца;

3. Сравнить значение сил взаимного притяжения Земли и Луны, а также Земли и Солнца (ответ поясните на основе закона всемирного тяготения и третьего закона Ньютона);

4. Рассчитать и указать значение ускорения свободного падения на поверхности Земли и Луны (известными данными считать - радиусы и массы данных объектов Солнечной системы). Можно ли рассчитать ускорение свободного падения на искусственном спутнике планеты? Ответ поясните.

5. На какой высоте относительно поверхности Земли (Луны) сила притяжения (ускорение свободного падения) уменьшится в n раз (дано: радиусы Земли и Луны)?

6. Определить расстояние, на котором космический корабль с одинаковой силой притягивается к Земле и к ее спутнику (дано: массы Земли и Луны, среднее расстояние между Землей и Луной);

7. Определить первую космическую скорость для Земли и Луны (дано: массы Земли и Луны, радиусы данных объектов Солнечной системы);

8. Рассчитать минимальное время, за которое можно облететь Землю и Луну (дано: массы Земли и Луны, радиусы данных объектов Солнечной системы);

9. Рассчитать массу и среднюю плотность Земли и Луны (дано: радиус Земли и Луны, ускорение свободного падения на поверхности данных космических объектов);

10. Рассчитайте радиус орбиты Луны, считая данную орбиту окружностью (дано: масса Земли, период обращения Луны вокруг Земли);

11. На сколько процентов вес тела на экваторе Земли и Луны меньше, чем на полюсе данных объектов (дано: периоды обращения Земли и Луны вокруг своей оси, радиусы Земли и Луны, ускорение свободного падения на поверхности Земли и Луны)?

2. Подведение итогов урока

Прочитайте предложенный текст и сформулируйте основную мысль. Методика работы над заданием. Работа рассчитана на несколько вариантов, каждой группе выдается текст по проблеме обоснования справедливости закона всемирного тяготения, например, с использованием литературы [5, C. 34-36], [7, C.206-212]. После того, как сформулирована суть предложенной информации, ученикам предлагается обобщить информацию, например, в виде схемы (см. схему 1). Данный этап урока по причине ограниченности времени можно предложить в виде обобщения учителя.

Обоснование Ньютоновской теории тяготения представлено в виде схемы 1.

Схема 1. Обоснование справедливости закона всемирного тяготения

Примечание. По желанию учителя можно отметить относительный характер закона всемирного тяготения, который проявляется для тел, движущихся вблизи больших масс, либо тел движущихся со скоростью, стремящейся к скорости света. Так, например, Солнце больше всего влияет на отклонения в движении Меркурия от закона тяготения (по мнению автора урока, относительный характер данного закона лучше обговорить на элективных занятиях в 10 классе).

Домашнее задание. Домашнее задание рассчитано на 7 вариантов (по числу планет Солнечной системы) и предполагает построение гравитационной модели Солнечной системы. Задания в каждом варианте направлено на изучение взаимодействия в системах «искусственный спутник планеты - планета», «спутник планеты - планета», «планета - Солнце». При решении заданий, все данные необходимые для решения задач ученики должны найти в общих сведениях о планетах Солнечной системы. К основным вопросам относятся следующие вопросы:

1. Рассчитать и указать значение силы тяжести, действующей на тело произвольной массы и вес этого тела, если известны массы планеты, спутника планеты и масса рассматриваемого тела;

2. Указать точки приложения сил взаимного притяжения планеты и ее спутника, планеты и Солнца;

3. Рассчитать и указать значение ускорения свободного падения на планете и спутнике (известными данными считать - радиусы и массы данных объектов Солнечной системы). Можно ли рассчитать ускорение свободного падения на искусственном спутнике планеты? Ответ поясните;

4. Рассчитать минимальное время, за которое можно облететь планету (дано: массы планеты и ее «Луны», радиусы данных объектов Солнечной системы);

5. Рассчитать среднюю плотность планеты и ее массу, если известен радиус планеты и ускорение свободного падения на данном объекте (дано: радиус планеты и ее «Луны», ускорение свободного падения на поверхности данных космических объектов);

6. На какой высоте относительно поверхности планеты сила притяжения (ускорение свободного падения) уменьшится в n раз (дано: радиусы планеты)?

7. Определить расстояние, на котором космический корабль с одинаковой силой притягивается к планете и к ее спутнику (дано: массы планеты и ее спутника, среднее расстояние между планетой и ее спутником).

Литература

1. 600 задач по физике. Учеб. пособие для поступающих в вузы: Задачник / Е.Н. Бабанова, З.А. Истомина, Ю.А. Бабанов. Екатеринбург: ООО «Изд-во УМЦ УПИ», 1999. - 92 с.

2. Дудков В.М. Исторические обзоры в курсе физики средней школы: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1983. - С. 13-16

3. Кирик Л.А. Физика - 9. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. - М.: ИЛЕКСА, 2010 - 192 с.

4. Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике. 6-7 кл. Пособие для учащихся. / Сост. И.Г. Кириллова. - М.: Просвещение, 1978. - 160 с.

5. Малахов А.А. Физика и астрономия (компетентностный подход) : учеб.-метод. пособие / А.А. Малахов ; Шадр. гос. пед. ин-т. - Шадринск : Шадр. Дом Печати, 2010. - 163 с.

6. Перышкин А.В. Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. Учреждений /А.В. Перышкин, Е.М. Гутник - М.: Дрофа, 2003. - 256 с.

7. Пинский А.А., Разумовский В.Г., Бугаев А.И. и др. Физика и астрономия: Учеб для 9 кл. общеобразоват. Учреждений / Под ред. А.А. Пинского, В.Г. Разумовского.- М.: Просвещение, 2001. - С. 202-212

8. Рымкевич, А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл. : пособие для общеобразоват. Учреждений / А.П. Рымкевич. - М.: Дрофа, 2013. - 188 с.

9. Физика. 9 класс. Подготовка к ГИА (ОГЭ) - 2015. Тренировочные варианты, тесты рубежного контроля: учебное пособие. / Под ред. Л.М. Монастырского. - Ростов н/Д: Легион, 2014. - 240 с.

10