Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний
Цели урока:
- закрепить знания учащихся о законе всемирного тяготения,
- показать его практическую значимость,
- закрепить и расширить знания учащихся об ускорении свободного падения на Земле и других небесных телах;
- при решении задач оценить силы притяжения на других планетах и физические возможности человека на них.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Повторение.
Устно учащиеся отвечают на вопросы:
- Что такое всемирное тяготение?
- Как иначе называются силы всемирного тяготения?
- Кто и в каком веке открыл закон всемирного тяготения?
- Как читается закон всемирного тяготения?
- Напишите на доске формулу закона всемирного тяготения.
- Чему равен коэффициент G и как он называется?
- Притягиваем ли мы Землю, если да, то с какой силой?
- Все ли тела испытывают взаимное притяжение?
- Почему мы не замечаем этого притяжения?
<слайд 2> <слайд 3> <слайд 4> <слайд 5>
III. Изучение нового материала.
1) С одним из проявлений закона всемирного тяготения знаком каждый. Это сила тяжести — сила, с которой тело притягивается к Земле. Сила тяжести приложена к телу и всегда направлена к Земле. Именно по направлению силы тяжести мы определяем понятия «низ» и «верх», «вертикаль».
С помощью формулы закона всемирного тяготения определим выражение для ускорения свободного падения вблизи поверхности Земли. <слайд 6>
Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли. <слайд 7>
2) Значение 9, 8 лишь приблизительно совпадает с ускорением свободного падения в данном месте. <слайд 8>
Отличия обусловлены:
- центробежным ускорением
- отличием формы Земли от шарообразной
- неоднородностью Земли и высотой над её поверхностью
Как известно, Земля сплюснута у полюсов и радиус Земли на экваторе больше радиуса Земли на каждом из полюсов на 21,5 км. Это значит, что при движении от экватора к полюсу по меридиану ускорение свободного падения увеличивается, а значит, увеличивается и сила тяжести. Таким образом, ускорение свободного падения и, соответственно, сила тяжести зависят от широты местности.
При выводе формулы для ускорения свободного падения использовался закон всемирного тяготения в форме, справедливой только для материальных точек или однородных шаров. Земля не является однородным шаром. Очевидно, что там, где плотность земного вещества больше, больше сила притяжения и больше ускорение свободного падения. Точные измерения ускорения свободного падения можно использовать для поиска залежей полезных ископаемых, например железных руд.
3) Ускорение свободного падения на других небесных телах. <слайд 9> <слайд 10>
Ускорение свободного падения на других небесных телах можно подсчитать, подставив в формулу (1) значения массы и радиуса небесного тела.
(1)
Земля по численному значению g занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них — Сатурне и Уране — сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других — Юпитере и Нептуне — больше.
На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 17 раз легче, чем в земных условиях.
А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 27,3 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 2 т, и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью. Впрочем, еще не достигнув Солнца, все превратилось бы в раскаленный газ. Другое дело — крошечные небесные тела, такие как спутники Марса и астероиды. На многих из них по легкости можно уподобиться... воробью!
IV. Решение задач.
учащиеся самостоятельно решают задачи, <Приложение> <слайд 11> потом проверка и обсуждение полученных результатов.
<слайд 12> <слайд 13> <слайд 14> <слайд 15> <слайд 16>
V. Практическая значимость закона всемирного тяготения.
Закон всемирного тяготения лежит в основе небесной механики — науки о движении планет. С помощью этого закона с огромной точностью определяются положения небесных тел на многие десятки лет вперед и вычисляются траектории движения. При помощи этого закона были сделаны открытия новых небесных тел. <слайд 17>
Открытие планеты Нептун
Одним из ярких достижений науки, одним из свидетельств неограниченной познаваемости природы было открытие планеты Нептун путем вычислений - "на кончике пера".
Уран — планета, следующая за Сатурном, который много веков считался самой из далеких планет, была открыта английский астроном Уильям Гершелем в конце XVIII в. Уран с трудом виден невооруженным глазом. К 40-м годам XIX в. точные наблюдения показали, что Уран едва заметно уклоняется от того пути, по которому он должен следовать с учетом возмущений со стороны всех известных планет. <слайд 18>
Леверье (во Франции) и Адамс (в Англии) высказали предположение, что, если возмущения со стороны известных планет не объясняют отклонение в движении Урана, значит, на него действует притяжение еще не известного тела. Они почти одновременно рассчитали, где за Ураном должно быть неизвестное тело, производящее своим притяжением эти отклонения. Они вычислили орбиту неизвестной планеты, ее массу и указали место на небе, где в данное время должна была находиться неведомая планета. Эта планета и была найдена в телескоп на указанном ими месте в 1846 г. Ее назвали Нептуном. <слайд 19>
Нептун не виден невооруженным глазом. Открытие это было триумфом расчетной астрономии. <слайд 20>
Нептун был посещен только одним космическим кораблем: «Вояджером 2». Почти все, что мы знаем о Нептуне, мы знаем благодаря этой встрече. С 1994-го года проводятся исследования планеты с помощью телескопа имени Хаббла.
Открытие планеты Плутон.
Девятую планету Солнечной системы искали четверть века и обнаружили только в 1930 году. Возникла некая закономерность — каждый век открывается по одной планете: в XVIII веке был обнаружен Уран, в ХIХ — Нептун, а в ХХ — Плутон. На сей раз, судьба оказалась благосклонной к молодому человеку без астрономического образования, который успел проработать в обсерватории лишь несколько месяцев. <слайд 21>
18 февраля 1930 года, когда 24-летний лаборант Клайд Томбо вошел в кабинет директора Лоуэлловской обсерватории Весто Слайфера и сказал: «По-моему, я нашел вашу планету Икс». Опытные астрономы тут же начали проверять находку, сделанную по фотоснимкам ночного неба. Проверка шла долго, новую планету обнаружили на нескольких фотопластинках, причем некоторые из них были получены еще в 1915 году! Наконец 13 марта было сделано официальное объявление об ее открытии. Дату выбрали намеренно — день рождения Персиваля Лоуэлла, который основал эту обсерваторию на высокогорном плато в штате Аризона близ города Флагстаффа. В 1905 году Лоуэлл приступил к систематическим поискам «планеты Икс», как он называл неизвестную планету, расположенную дальше, чем Нептун, но не смог найти ее.
Имя «Плутон» первой предложила Венеция Берни, одиннадцатилетняя школьница из Оксфорда. Венеция интересовалась не только астрономией, но и классической мифологией, и решила, что это имя — древнеримский вариант имени греческого бога подземного царства — подходит для такого, вероятно, тёмного и холодного мира. <слайд 22>
Астрономы, первоначально полагая, что Плутон и есть та самая «Планета X» Лоуэлла, вычислили его массу на основе его предполагаемого воздействия на орбиту Нептуна и Урана.
Открытие Плутона было новым торжеством научного предвидения. Границы планетной системы были отодвинуты от Солнца сразу на 1,5 млрд. км! <слайд 23>
VI. Подведение итогов урока.
<слайд 24>
VII. Выставление оценок.
VIII. Домашнее задание.
<слайд 25>