Закон всемирного тяготения

Разделы: Физика

Класс: 9

Ключевые слова: Закон всемирного тяготения


Класс: 9.

Цель урока:

  • Образовательная: добиться усвоения учащимися знания о законе; изучение основных законов природы; усвоение закона всемирного взаимодействия (тяготения).
  • Развивающая: развитие навыка слушать и систематизировать полученные знания; развитие логического мышления (умение классифицировать факты, делать выводы); развитие речи, мышления, совершенствования умственной деятельности: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы; научить выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты.
  • Воспитательная: пробуждение интереса к изучению физики; развитие навыка работать в совместной деятельности с преподавателем; развитие коммуникативных качеств личности; формирование системы взглядов на мир; пробуждение интереса к творческой и исследовательской работе.

Тип урока: урок освоения новых знаний

План урока:

  1. Организационный момент
  2. Этап мотивации
  3. Этап актуализации знаний
  4. Этап усвоение новых знаний
  5. Итоги урока и домашнее задании
  6. Рефлексия

Оборудование, ТСО: персональный компьютер, проектор, экран.

Ход урока

Организационный момент

Добрый день! Надеюсь, что вы откроете для себя много нового и интересного. Сможете научно объяснять явления, с которыми вы ежедневно сталкивайтесь.

Этап мотивации

С помощью наводящих вопросов подводим детей к формулированию темы и цели урока.

Дети, попробуйте ответить на некоторые вопросы:

  1. Почему мяч, брошенный горизонтально, падает на землю?
  2. Почему, когда несём сумку, полную покупок наша рука тянется к земле, почему падают листья, снег?
  3. Почему человек, подпрыгнув, не улетает в космическое пространство…?

Учащиеся: все притягивается к земле.

Учитель: А только ли Земля обладает способностью действовать на тела с силой притяжения?

Учащиеся: Нет. Все тела.

Учитель: Дети, посмотрите на штативы: одинаковые по размерам гирьки из алюминия и латуни подвешены к одинаковым пружинам. Однако пружины растянулись по-разному. Почему, как вы думаете?

Учащиеся: Потому, что гирьки разного веса

Учитель: Попробуйте сформулировать тему сегодняшнего урока.

Далее работа с учебником и учащиеся записывают в тетради тему урока: “Закон всемирного тяготения”.

Этап актуализации знаний

Давайте повторим то, что мы уже знаем.

- Первый закон Ньютона.

(Слайд 1) Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или состояние равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или действие других тел компенсируется

- Второй закон Ньютона.

(Слайд 2) тело будет двигаться с ускорением, если на него действует сила. Формулировка закона. Ускорение, приобретаемое телом под действием силы, прямо пропорционально величине этой силы и обратно пропорционально массе тела: К этому необходимо добавить еще то, что под силой в данном случае понимается равнодействующая всех сил. То есть векторная сумма всех сил, действующих на тело.

- Третий закон Ньютона.

(Слайд 3) Силы взаимодействия двух тел равны по величине, противоположно направлены, и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела: F=− F. Знак равенства обозначает, что действие равно противодействию, силы возникают попарно. Знак минуса означает, что силы действуют против направленно, их векторная сумма равна нулю.

Этап усвоения новых знаний

Ньютон открыл этот закон всемирного тяготения в возрасте 23 лет, но 9 лет не публиковал, так как неверные данные о расстояние между Землей и Луной не подтверждали его идею. И только когда было уточнено это расстояние, ученый в 1667 году опубликовал свой закон.

Между всеми телами действуют силы взаимного притяжения или их еще называют гравитационными силами. Ньютон смог найти закон их взаимодействия, т.е. формулу для расчета гравитационной силы между двумя телами. Эта формула имеет следующий вид:

F = G∙ m1∙m2/r2

где F – модуль вектора силы гравитационного притяжения между телами с массами m1 и m2 ([F] = [H])
R - расстояние между телами ([R] = [м])
G – гравитационная постоянная ([G] = [Н·м2/кг2])

В формуле присутствует 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).

Теперь выясним границы применимости данного закона

  • Для материальных точек
  • Для двух шаров в которых плотность распределена равномерно
  • Для шара большого размера и материальной точки

Приближенно он выполняется для лю­бых тел, если расстояние между ними значительно больше их размеров.

Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных тел, в том числе и Земли.

Неизвестно ему было и значение постоянной G.

Между тем гравитационная постоянная G имеет для всех тел Вселенной одно и то же значение и является одной из фундаментальных физических констант.

Значение закона всемирного тяготения

В результате открытия Ньютона выяснилось, что множество, казалось бы, разнородных явлений: падение тел на Землю, движения Луны и Солнца, отливы и приливы и т.д. – представляет собой проявление одного и того же закона природы – закона всемирного тяготения. Этот закон вместе с законами движения Ньютона составляет основу небесной механики.

Всемирное тяготение объясняет устойчивость Солнечной системы, движения планет и других тел. Луна сохраняет свою орбиту благодаря силе притяжения Земли; Земля удерживается на своей траектории силой притяжения Солнца.

С помощью закона всемирного тяготения стало возможным вычислить массу Солнца и планет и их плотности. Закон всемирного тяготения позволяет объяснить морские приливы и отливы притяжением Луны. На основании закона были открыты планеты Нептун и Плутон.  Пользуясь законом всемирного тяготения, точно определяют время и место солнечных и лунных затмений.

Давайте разберем задачи.

Задача №1. Применение закона всемирного тяготения

Условие: Два одинаковых шара притягиваются друг к другу с силой 6,67*10^-5 Ньютона. Масса каждого шара равна 20 тонн. Найдите расстояние между шарами.

Решение:

По закону всемирного тяготения

Ответ: 20 метров.

Задача №2.

Условие: Радиус планеты в 4 раза меньше радиуса Земли, а ее масса в 80 раз меньше массы Земли. Определить ускорение свободного падения на поверхности планеты.

Решение:

Кратко записываем условие задачи.

Представим себе тело на поверхности этой планеты. Представим себе, что тело совершило бесконечно малое перемещение под действием силы притяжения. Изобразим условие графически, указав действующие на тело силы. Сразу обозначим на рисунке систему отсчета.

Записываем в векторной форме второй закон Ньютона, обозначив массу тела "m тела".

Записываем уравнения в проекциях на оси координат. Записываем закон всемирного тяготения. Учитываем, что проекция на ось абсцисс равна нулю, а на ось ординат - длинам векторов.

Решаем уравнения в общем виде.

Здесь надо сделать одно существеннейшее допущение о равенстве инертной и гравитационной масс. Ведь ниоткуда не следует, что масса тела, входящая в закон Ньютона та же самая, что и входящая в закон всемирного тяготения. Такое предположение делается.

Подставляем величины в общее решение, вычисляем.

Ответ: ускорение свободного падения на планете в пять раз меньше, чем на Земле, что составляет примерно 2 м/с2.

Итоги урока

Давайте подведем итоги наших трудов. Я спрашиваю, вы отвечаете.

  1. Явление всемирного тяготения заключается в том, что……
  2. С увеличением расстояния между телами, сила притяжения…
  3. С увеличением расстояния между телами, сила притяжения….
  4. Повторим формулу закона всемирного тяготения…..

Рефлексия

  • Дети, вам было интересно? (Да)
  • Пополнили вы свой багаж знаний? (Да).

А теперь, каждый оценивает работу своего партнера по парте.

  • Взаимная оценка работы на уроке и выставление оценок.
  • Запись домашнего задания в тетрадях.
  • Параграф 15. Ответы на вопросы.
  • Для желающих заработать дополнительные баллы, разрешается подготовить доклады по данной теме.