Гравітаційна взаємодія. Закон всесвітнього тяжіння. (урок у рамках проекту «Закони динаміки» для 10 класу)

Ровеньківська гімназія № 1
Гравітаційна взаємодія.
Закон всесвітнього тяжіння.
(урок у рамках проекту «Закони динаміки» для 10 класу)
Підготувала
Кужель Олена Вікторівна
вчитель фізики та математики
Ровеньківської гімназії № 1
Ровеньки 2012

Тема: Гравітаційна взаємодія. Закон всесвітнього тяжіння.
Мета: Закріпити знання учнів по темі: “Закони динаміки Ньютона”. Пояснити учням закон всесвітнього тяжіння, познайомити з фізичним змістом гравітаційної сталої ознайомити з дослідом Кавендіша по визначенню гравітаційної сталої, ввести поняття маси як міри гравітації.
Розвивати практичні вміння та навички учнів застосовувати набуті знання для розв’язування розрахункових задач по темі: “Гравітаційна стала. Закон всесвітнього тяжіння”.
Виховувати уважність, систематичність вивчення навчального матеріалу, підтримувати інтерес до вивчення фізики з використанням ЕОМ.
Тип уроку: комбінований.
Наочність: презентація “Гравітаційна взаємодія”; плакат “Закон всесвітнього тяжіння”.
Прилади і матеріали: комп’ютери.
Хід уроку
Організаційний момент
Взаємне привітання, перевірка присутності.
Актуалізація знань
Учитель: Сьогодні ми з вами продовжуємо працювати над проектом «Закони динаміки». Три закони Ньютона які ми розглянули в рамках нашого проекту вам відомі тому прошу вас за узагальненим планом характеристики фізичного закону дати загальну характеристику 1,2,3 закону Ньютона(по рядах).(Фронтальна бесіда)
А поки ми будемо з вами давати загальну характеристику законів 4 учнів виконають невеличку тестову роботу.(Індивідуальна робота)
Вивчення нового матеріалу
Учитель повідомляє тему уроку, пропонує учням ознайомитися з планом її вивчення, записаним на дошці. Потім учитель просить учнів самостійно сформулювати мету уроку і за необхідності вносить корективи у відповіді.
План вивчення теми
Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння.
Гравітаційна стала.
Маса – міра гравітації.
Учитель: З курсу фізики 8-го класу вам уже знайомі поняття гравітаційної взаємодії і гравітаційних сил, з якими взаємодіють всі тіла із Землею та між собою. Сьогодні ж ми поглибимо та систематизуємо ваші знання а також зберемо інформацію для нашого проекту і на прикінці уроку кожна група створить слайд для спільної презентації.
А також спробуємо відповісти на таке питання «Чому ми відчуваємо силу при тяжіння до Землі і не відчуваємо при тяжіння до інших людей або предметів» (проблемне питання)
1. Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння
Як усім відомо, м'яч, кинутий вгору, падає на землю; яблуко, відірвавшись від гілки, також падає на землю. Місяць наче «прив'язаний» обертається навколо Землі, а Земля — навколо Сонця. Над цим питанням працювали Тихо Браге, Йоганн Копеник, Роберт Гук. Пояснення цим фактам було дано І. Ньютоном.
(Повідомлення учні про історію відкриття закону)
Коли у 1665 р. в Англії спалахнула епідемія чуми, двадцятирічний Ньютон, який щойно закінчив Кембріджський університет, змушений був два роки рятуватися у рідному селі. «У той час я був у розквіті своїх винахідницьких сил», — писав про себе вчений. Думка про єдиний закон тяжіння прийшла йому в голову, коли він побачив падаюче яблуко. «Чому падає яблуко? І не тільки яблуко — усі тіла падають на Землю, тому що Земля їх притягує. Може, притягання Землі простирається і до Місяця та втримує його на орбіті? А сила притягання до Сонця утримує планети на орбітах при їхньому русі навколо Сонця?»
Ісаак Ньютон відкрив цей закон у віці 23 років, але цілих 9 років не публікував його, так як були тоді невірні дані про відстані між Землею і Місяцем не підтверджували його ідею. Лише після уточнення цієї відстані, закон всесвітнього тяжіння був нарешті відданий в друк.
Вчитель: Аналізуючи матеріали астрономічних спостережень, Ньютон застосував сформульовані ним закони динаміки до руху Місяця. Йому було відомо, що Місяць обертається навколо Землі фактично по коловій орбіті. Але це можливо тільки в тому випадку, якщо на тіло діє певна сила, яка надає йому доцентрового прискорення. Якщо б такої сили не було, то Місяць за законом інерції рухався б прямолінійно рівномірно. Ньютон припустив, що такою силою є сила взаємного притягання між Землею й Місяцем. У результаті досліджень Ньютоном було встановлено, що всі тіла у Всесвіті притягаються одне до одного. Це взаємне притягання називається всесвітнім тяжінням.
Сили, з якими будь-які два тіла притягуються одне до одного, називаються силами всесвітнього тяготіння, або гравітаційними силами (від латин, «гравітас» — тяготіння, тяжіння).
Закон всесвітнього тяжіння: два тіла притягуються одне до одного по прямій, яка з'єднує їх, із силою, прямо пропорційною добутку їх мас та обернено пропорційною квадрату відстані між ними: .
Завдання класу (Робота з підручником с 63) Визначте правильне твердження. Формулу можна застосовувати, якщо:
два тіла можна вважати матеріальними точками;
два тіла являють собою однорідні сфери чи кулі, навіть у тому випадку, коли відстань між центрами сфер або куль порівняна з їхніми радіусами (у цьому випадку R —відстань між центрами сфер чи куль);
одне тіло є матеріальною точкою, а друге — однорідною сферою або кулею.
2. Гравітаційна стала

маємо:

3309620465455До складу формули закону всесвітньо тяжіння входить гравітаційна стала, або стала тяжіння. З'ясуємо її фізичний зміст.
Фізичний зміст гравітаційної сталої: гравітаційна стала чисельно дорівнює силі притягання між двома матеріальними точками масою 1 кг кожна, які знаходяться на відстанях 1 м одна від одної, і обчислюється за формулою:
Щоб знайти числове значення G, треба виміряти силу притягання двох тіл відомої маси, що перебувають на відомій відстані одне від одного.
Такий дослід уперше поставив англійський фізик Кавендиш. Пропоную вам зараз переглянути відео з цим експериментом(показ відео фрагмента)
Вчитель: Значення гравітаційної сталої на сучасному етапі розвитку фізики
6,67•10-11Н∙м2кг2. Порівняйте будь-ласка це значення з отриманим у досліді Генрі Кавендіша.
3. Маса — міра гравітації
Поняття маси було початково отримано під час вивчення інертних властивостей тіл як міри цих властивостей. У законі всесвітнього тяжіння маса виступає в новій ролі — як міра тяжіння.
Гравітаційною масою називають масу тіл, знайдену за силою притягання між тілами.
Таким чином, маса одночасно виступає і як міра інертності тіл, і як міра їх гравітації (притягання).
Численні досліди, поставлені в кращих фізичних лабораторіях світу, показали рівність гравітаційної й інертної маси тіла.
Маса — це скалярна величини, яка характеризує інертні й гравітаційні властивості тіл і є мірою цих властивостей.
4. Закріплення
Розв'язування задач (усно)
Як зміниться сила всесвітнього тяжіння між двома тілами, якщо: а) масу одного з них збільшити в 2 рази; б) відстань між тілами збільшити в 2 рази?
Розв'язування задач, (письмово)
На якій відстані від поверхні Землі сила притягання космічного корабля до Землі в 100 разів менша, ніж на його поверхні?
Одчисліть будь-ласка силу притягання один до одного. Щоб розв’язати цю задачу які дані вам знадобляться.
Вчитель: Давайте спробуємо відповісти на питання яке ми поставили на початку уроку.
5. Підведення підсумків
Завдання класу
Учні працюють по групах створюючи слайди.
1 група Закон всесвітнього тяжіння
2 група Гравітаційна стала
3 група Межі застосування закону
4 група Дослід Кавендиша
5 група Вчені, що працювали над поясненням явища тяготіння
(учні демонструють створені слайди)
6. Домашне завдання § 19, вправа 10(3). Зробити анімацію на створеному слайді