Задачи: добиться усвоения закона всемирного тяготения, в целях формирования научного мировоззрении; познакомить учащихся с историей открытия закона и его значением на материале из истории физики, показать роль мысленного эксперимента в научном познании; показать практические применения закона; продолжить работу по формированию объединять разрозненные факты в единое целое.
Оснащение: компьютер, экран, диски с видеофрагментами, портрет И.Ньютона, картины с изображением галактики, солнечной системы, солнечных затмений.
На доске план урока:
- История открытия закона;
- Математическое выражение и суть закона;
- Применение закона;
- Значение закона;
- Природа силы тяготения.
Здравствуйте ребята, садитесь.
Сегодня, прежде чем приступить к изучению физических явлений, давайте заглянем в себя. Как мы воспринимаем окружающий мир? Как художники или как мыслители?
Психологический тест
1. Переплетите пальцы рук. Большой палец правой или левой руки оказался у вас сверху? Запишите буквами “П” или “Л”.
2. Скрестите руки на груди. Кисть какой руки оказалась сверху? Запишите.
3. Изобразите “Бурные аплодисменты”. Ладонь какой руки у вас сверху? Запишите.
Подведем итоги: результат “ЛЛЛ” соответствует художественному типу личности, а “ППП” - типу мыслителя. Итак, у нас несколько “мыслителей” и несколько “художников”, а есть и гармонично развитые личности, которым свойственно как логическое, так и образное мышление.
Переходим к познанию внешнего мира.
Сейчас выполним небольшой тест по проверке домашнего задания, тест в двух вариантах по четыре вопроса.
Вариант I.
1.В трубке, из которой откачан воздух, на одной и той же высоте находятся дробинка, пробка и птичье перо. Какое из тел быстрее достигнет дна трубки?
А) дробинка,
Б) пробка,
В) птичье перо,
Г) все тела достигнут дна одновременно.
2.Чему равна скорость свободно падающего тела через 4 сек.
А) 20 м/с,
Б) 80 м/с,
В) 40 м/с,
Г) 160 м/с.
3. Какой путь пройдет свободно падающее тело за 3 сек?
А) 15 м,
Б) 45 м,
В) 30 м,
Г) 90 м.
4. Какой путь пройдет свободно падающее тело 5 сек?
А) 45 м,
Б) 50 м,
В) 125 м,
Г) 250 м.
Вариант II.
1.В трубке, с воздухом, при атмосферном давлении, на одной и той же высоте находятся дробинка, пробка и птичье перо. Какое из тел быстрее достигнет дна трубки?
А) дробинка,
Б) пробка,
В) птичье перо,
Г) все тела достигнут дна одновременно.
2.Чему равна скорость свободно падающего тела через 3 сек.
А) 15 м/с,
Б) 45 м/с,
В) 30 м/с,
Г) 90 м/с.
3. Какой путь пройдет свободно падающее тело за 4 сек?
А) 20 м,
Б) 160 м,
В) 40 м,
Г) 80 м.
4. Какой путь пройдет свободно падающее тело 7 сек?
А) 65 м,
Б) 245 м,
В) 70 м,
Г) 490 м.
Давайте посмотрим как вы с ним справились. Поменялись работой с соседом по парте , проверили. (правильные ответы на экране) и оценили.
Сегодня мы поговорим о великой силе природы - силе всемирного тяготения. Тема сегодняшнего урока. Эта сила не позволяла человеку строить многокилометровые башни (верхние этажи своей тяжестью давили на нижние – строение разрушалось), мосты через широкие реки (чуть прочитывались инженеры - и они с грохотом рушились). Люди завидовали птицам, и лишь в мечтах взмывали в небо. Между тем человек и не подозревал, скольким этой силе обязан. Именно благодаря ей, вокруг Земли существует атмосфера, она собирает воды планеты, образуя моря и океаны. Да и сама Земля удерживается на орбите вокруг Солнца.
А сама Вселенная? И она не устояла бы без силы всемирного тяготения - галактики распались бы. Человек заставил служить себе эту силу. На пути потоков воды человек воздвигал плотины и ставил турбины, человек запустил искусственный спутник Земли, и могучая сила тяготения понесла его именно по расчетному пути.
Как же был открыт закон всемирного тяготения? Немного истории: (рис1)
1.Знаменитый александрийский астроном Птолемей предложил геоцентрическую систему мира, т.е. в центре находится Земля, а вокруг движутся Солнце, Луна и другие планеты
2.Польский астроном Николай Коперник создал принципиально новую, гелиоцентрическую систему мира. Где в центре мироздания находилось Солнце. Но большинство придерживалось геоцентрической системы.
3.Джордано Бруно, бывший монах, развил систему Коперника и провозгласил о бесконечности Вселенной. За что и был сожжён в 1600г. в Риме на площади Цветов.
4.А Галилео Галилей изготовил телескоп, и с его помощью сделал открытия, подтверждающие справедливость учения Коперника. Но труды Галилея были запрещены церковью, а он сам в течение 9 лет считался “узником инквизиции”.
5. Датский астроном Тихо Браге многие годы наблюдал за движением плане, накопил многочисленные данные и перед смертью передал их своему ученику Иоганну Кеплеру. Поиски точных законов гелиоцентрического мира стали делом всей его жизни. Он открыл три закона движения планет.
6. но Кеплер не сумел объяснить динамику движения. Почему планеты обращаются вокруг солнца именно по таким законам? На этот вопрос сумел ответить И.Ньютон, используя законы движения, установленные Кеплером, и общие законы динамики. Существует легенда о том, что в открытии закона великому английскому ученому помогло обыкновенное яблоко.
Размышления Ньютона:
Ньютон рассказывал, что мысль о тяготении пришла ему в голову, когда он, погрузившись в думы, сидел в своем саду под яблоней. И вдруг одно яблоко упало.
- Почему яблоко падает всегда вниз? – задавал себе Ньютон очень простой вопрос:- Почему оно падает не в сторону, а всегда к центру Земли? И не только яблоко, все предметы падают по направлению к центру Земли, Существует некая “притягательная сила”, сосредоточенная в Земле. Но тогда эта сила есть в любом предмете: ведь если Земля притягивает яблоко, то и яблоко притягивает Землю! Может быть, сила подобная той, которую мы называем тяжестью, простирается по всей вселенной? И Ньютон начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны. Может, оно-то и удерживает Луну на орбите? Ведь если бы на Луну не действовали никакие силы, она двигалась бы по прямой линии, а не по окружности, и давным-давно улетела бы от Земли!
Ньютон произвел первые расчеты. Чтобы объяснить движение Луны, ему пришлось предположить, что сила тяготения Земли убывает с расстоянием. Если расстояние увеличивается в 2 раза, то сила уменьшается в 4 раза, а если расстояние увеличивается в 10 раз, то сила уменьшается в 100 раз (говорят, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния).
Рис. 2
Давайте запишем математическое выражение этого закона и ещё раз дадим его словесную формулировку:
Рис. 1.
Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
В формуле присутствует ещё одна величина – это коэффициент пропорциональности, который одинаков для всех тел – гравитационная постоянная. Числовое значение этой величины было получено опытным путем:
G = 6,67·10–11 м3/кг·с2 (СИ).
Про неё есть даже стихотворение:
Удивительный и странный
По устройству мир земной!
Во всемирной постоянной
Смысл содержится простой:
Притяжения здесь сила
Для двух тел отражена,
Килограмм у каждой было,
Между ними – метр длина.
Е.Ефимовский.
В этом стихотворении заключается физический смысл гравитационной постоянной: два тела массами по 1 кг, на расстоянии 1 метр притягиваются с силой 6,67•10-11Н.
Промежуточный контроль:
Как и во сколько раз изменится сила тяготения, если при неизменном расстоянии массы тел возрастут вдвое? (увеличится в 4 раза)
Как и во сколько раз изменится сила тяготения, если при неизменных массах тел расстояние между ними увеличится в 2 раза? В 3 раза? (уменьшится в 4 раза, в 9 раз).
Благодаря этому закону были открыты новые планеты, об этом нам расскажет Фасахиева А.
Эти открытия так и называются “открытия на кончике пера”.
Выяснилось, что множество явлений представляет проявление одного и того закона:
- движение Луны и других небесных тел;
- возможность вычислить массу Солнца и других тел;
- открытие планет Нептун и Плутон;
- точный расчет солнечных и лунных затмений;
- отливы и приливы.
Физкультминутка.
Давайте, изобразим как:
Тела падают,
Приливы и отливы
Движение Луны вокруг Земли
Вычислить массу Солнца (круговые движения
руками).
Какова же природа силы тяготения?
Несмотря на справедливость и огромное практическое значение закона, остается нерешенным вопрос: какими причинами вызывается гравитационное взаимодействие всех тел. Сам Ньютон говорил: “Не знаю, а гипотез не измышляю”. Окончательно эта загадка не разгадана и сегодня.
А теперь применим этот закон для решения одной из задач:
В 1983 году в Казани построена первая обсерватория. В 1984 году директором этой обсерватории становится Дмитрий Иванович Дубяго, который составил каталог 4218 звёзд, исследовал орбиту спутника Нептуна, создал теорию движения малой планеты Дианы. С какой силой Диана притягивается к Земле, если её масса 3·1015 кг, а расстояние от Земли до Дианы 2,4·108 км? (масса Земли равна 6·1024 кг).
Закрепление по опорному конспекту.
Итоги.
Дом.зад.§15, упр15(3).