Конспект урока по физике 9 класса. Тема "Закон всемирного тяготения"

Учитель физики МБОУ СОШ№6  г Клинцы Брянской области

Свиридова Нина Григорьевна

Конспект урока по физике 9 класс

Тема: Закон всемирного тяготения.

 Обучающие цели: продолжить формирование представлений о физической картине мира; ввести формулировку и математическое выражение закона всемирного тяготения; познакомить с физическим смыслом и экспериментальными методами определения числового значения гравитационной постоянной; формировать навыки решения качественных и расчетных задач на применение закона всемирного тяготения.

Развивающие цели: развитие аналитического мышления (умение анализировать природные явления) и умения устанавливать единые, общие признаки.

Воспитательные цели: воспитание познавательного интереса к физике, положительного отношения к знаниям.

 

Оборудование: презентация; портрет Исаака Ньютона; тесты для учащихся, план изучения закона, карточки для индивидуальной работы.

                                                 План урока

·         1.Организационный момент

Сегодня на уроке мы познакомимся с одним из основных законов физики - законом всемирного тяготения. (Уч-ся записывают тему в тетрадь)

·         2.Актуализация опорных знаний

1.       Сколько законов Ньютона мы изучили?

2.       Формулировка третьего закона Ньютона?

3.       Человек сидит на стуле?  Как называется сила, с которой человек действует на стул? Что такое вес тела?  Что больше сила реакции опоры или вес тела?

4.       Какая сила называется силой тяжести?

5.       Что такое свободное падение? Пример из домашнего параграфа.

6.       Что называют материальной точкой? Пример материальной точки (самолет)

7.       Математические знания сегодня нам будут необходимы больше, чем обычно. Как вы понимаете, что две величины прямо пропорциональны? Обратно пропорциональны?

 Цели и задачи:

 Сегодня на уроке, тема которого «Закон всемирного тяготения», мы должны расширить знания о гравитационных явлениях. Что бы вы хотели узнать по данной теме?

Изучать данный закон мы будем по плану, который вам знаком с 7кл.

·         3.Мотивационный этап

1)      История открытия закона всемирного тяготения

2)      Решение проблемных качественных задач ( слайды  презентации)

Сообщение уч-ся (презентация или демонстрация портретов и рисунков)

Датский астроном Тихо Браге многие годы наблюдал за движением планет, накопил многочисленные данные, но не сумел их обработать. Это сделал его ученик Иоганн Кеплер. Используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдении Тихо Браге. Кеплер установил законы движения планет вокруг Солнца.

Но Кеплер не сумел объяснить динамику движения. Почему планеты обращаются вокруг Солнца именно по таким законам? На этот вопрос сумел ответить Исаак Ньютон, используя законы движения, установленные Кеплером, и общие законы динамики.

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т.д.), вызваны одной причиной. Проведя многочисленные расчеты. Ньютон пришел к выводу, что все тела в природе притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними

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

·         4.Операционно-познавательный этап

3)      Введение формулировки и формулы закона всемирного тяготения

Работа с учебником стр. 60 :прочитать, записать формулировку закона всемирного тяготения, запоминание формулировки при повторении

(сравним формулировку закона в учебнике и в презентации)

 

От каких величин зависит сила, с которой тела притягиваются друг к другу?

Как вы понимаете, что сила прямо пропорциональна массе тела?

Как изменится сила, если при неизменном расстоянии одно тело заменить другим, масса которого

А) в2раза меньше

Б) в3раза больше

В) масса первого увеличилась в 16 раз, а второго уменьшилась в 2раза (Подставим в формулу и видим, что сила увеличивается в 8 раз)

Почему мы не видим, как 2 стула притягивается друг к другу?

Как вы понимаете, что сила обратно   пропорциональна квадрату расстояния между  телами?

Как изменится сила, если при неизменных массах расстояние между телами

А) увеличиться в 2 раза

Б) уменьшится  в 4 раза

 

4)      Введение физического смысла, числового значения и экспериментальными методами определения числового значения гравитационной постоянной.

Что такое G?     G - Гравитационная постоянная.  Получим формулу и единицы измерения из формулы закон всемирного тяготения.

G=        G   имеет единицы измерения   Нм²/кг².

 Числовое значение G – гравитационной постоянной было получено экспериментально. (Сообщение учащегося или просмотр видеофильма)

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Генри Кавендишем в 1788 г. с помощью прибора, называемого крутильными ве­сами. Г. Кавендиш закрепил два маленьких свинцовых шара (диаметром 5 см и массой 775 г каждый) на противоположных концах двухметрового стержня. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. Два больших свинцовых шара (20 см диаметром и массой 45,5 кг или49,5) близко подводились к маленьким. Силы притяжения со стороны больших шаров заставляли маленькие перемещаться, при этом проволока закручивалась. Степень закручивания была мерой силы, действующей между шарами. Эксперимент показал, что гравитационная постоянная G = 6,67 • 10 ^-11 Нм²/кг².

 

Каждая физическая постоянная имеет смысл. Подставим в формулу, если массы тел 1кг, расстояние между телами 1м.

Физический смысл:

Гравитационная постоянная численно равна модулю силы притяжения двух тел массой по 1 кг, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

С какой силой притягиваются два тела массой 1кг на расстоянии 1м?

На каком расстоянии находятся 2 тела по 1кг, если они притягиваются с силой 6,67 • 10 ^-11 Н?

 

(Гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, дей­ствующей на тело массой 1 кг со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между телами равном 1 м.)

5.Направление силы всемирного тяготения

Каждая сила характеризуется:

1. Точкой приложения
2. Модулем
3. Направлением

На какие тела действует сила всемирного тяготения?  По закону всемирного тяготения мы находим силу, с которой притягиваются два тела друг к другу? Какую силу (по рисунку) мы вычисляем? По 3 закону Ньютона силы равны. Направлена сила тяготения вдоль прямой, соединяющей материальные точки (центры масс)

6.Границы (пределы) применения закона всемирного тяготения

Пределы применимости закона: стр.61 рис.31

Закон всемирного тяготения применим только для материальных точек; для тел, размеры которых значительно меньше, чем расстояния между ними; для тел, имеющих форму шара; для шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых значительно меньше размеров шара.

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара. В этом случае сила тяготения обратно пропорциональна только расстоянию, а не квадрату расстояния. А сила притяжения между телом и бесконечной плоскостью вообще от расстояния не зависит.

7.Практическая значимость закона в астрономии

8. Объяснение закона на основе современных научных теорий.

 

9.Закрепление изученного материала

Стр. 62. Упр. 15 №2 – качественная задача

Космическая ракета стартует с поверхности Земли на Луну. Как изменяется сила притяжения к Земле? К Луне? С одинаковой силой будет притягиваться к Земле и к Луне , если он находится на одинаковом расстоянии от них?

Расчетные задачи

                1) Найти силу притяжения между шарами массой 200г и 4,5кг, если расстояние между ними 3м. (Уч-ся за доской выполняет задание по расчету ускорения Земли)

2)На каком расстоянии находятся тела массой 2кг и 9кг, если сила гравитационного притяжения друг к другу равна 13,34*10^-11Н? (Дополнительная задача)

3) Индивидуальное задание: Какое ускорение сообщает Земле мяч, при падении у поверхности Земли, массой 600г? Масса Земли 6*10²⁴кг?

Притягивается ли мячик к Земле? (Демонстрация падения тела) Какое ускорение сообщает сила притяжения? Притягивается ли земля к мячику? Почему мы этого не видим?  Анализ решения задачи. Масса земли очень большая к. 6´10²⁴кг. Видим, что ускорение, которое сообщает тело земле близко к нулю.

10.Повторение нового материала по плану изучения физического закона

·         Ответить по плану

                 План изучения физического закона

1)     Когда и кем был открыт и сформулирован закон?

2)     Формулировка закона

3)     Математическое выражение закона (формула)

4)     Связь,  между какими явлениями   или величинами  выражает закон?

5)     Опыты, подтверждающие справедливость закона

6)     Примеры использования закона на практике, примеры проявления в природе.

7)     Границы применения закона (В каких случаях можно применять закон, а в каких нельзя)

8)     Объяснение закона на основе современных научных теорий.

-Чему равно числовое значение гравитационной постоянной? Физический смысл?

-Притягивается ли земля к яблоку? Почему мы этого не видим?

11.Первичный контроль знаний с проверкой или взаимопроверкой

Тест по теме «Закон всемирного тяготения»-9кл

                                                                   Вариант 1

Часть А.

1.Силой всемирного тяготения называется сила, с которой

А) Земля притягивает к себе все тела

Б) Солнце притягивает все планеты

В)  Тела притягиваются друг к другу

2. Закон всемирного тяготения выражается формулой

А) F=mg                       Б)                       В)G=

3.Как изменится сила притяжения между телами, если одно из них заменить телом, масса которого в 2 раза больше, при неизменном расстоянии

А) Увеличится в 4 раза

Б) Не изменится

В) Увеличится в 2 раза

4.На каком расстоянии находятся два шара массой 1кг каждый, если сила взаимодействия между ними равна 6.67*10^-11Н

А)1м                                             Б)6.67м                                 В)2м

Часть Б

5.Найдите силу тяготения между шарами массой 1кг и 4кг, которые находятся на расстоянии 2м друг от друга.

А)2Н                                              Б)8Н                                         В) 6.67*10^-11Н

6.Тело какой массы нужно расположить на расстоянии 100м от шара массой 2кг, чтобы сила тяготения между ними была равна 13,34*10^-11Н?

А)1кг                                          Б)10⁴кг                         В)15т

 

                              Тест по теме «Закон всемирного тяготения»-9кл

                                                             Вариант 2

Часть А

1.Сила всемирного тяготения рассчитывается по формуле

А) F=mg                       Б)                 В)G=

2.Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что ее числовое значение равно

А) Силе притяжения между телами массой 1кг каждое

Б) Ускорению свободного падения.

В) Силе притяжения между телами массой 1кг каждое, если расстояние между ними 1м.

3.Как изменится сила всемирного тяготения между телами, если при неизменной массе тел расстояние между ними увеличится в 3 раза.

А) Увеличится в 3 раза

Б) Уменьшится в 9 раз

В) Увеличится в 9 раз

4. Два шара, находящиеся на расстоянии 1м, взаимодействуют с силой   6.67*10^-11Н. Какова масса первого шара, если масса второго 1кг.

А) 9.8 кг                        Б)1кг                В)6.67кг

Часть Б

5.Оцените силу притяжения между телами массой 1кг и 9 кг, если расстояние между ними 3м.

А)9Н                             Б) 6.67*10^-11Н                         В)27Н

6. Шар, какой массы находится на расстоянии 2м от тела массой 4кг, если сила тяготения равна 6.67Н.

А)8кг                                 Б)1кг                                   В)10¹¹кг

Ответы к тесту

	1	2	3	4	5	6	7
1вариант
2вариант

 

                              

·         5.Итог урока

Выставление оценок

·         6.Домашнее задание

П.15, 17(для дополнительного чтения)

Стр. 62. Упр. 15 № 1,2,3,4,5-устно

Дополнительный материал

Датский астроном Тихо Браге многие годы наблюдал за движением планет, накопил многочисленные данные, но не сумел их обработать. Это сделал его ученик Иоганн Кеплер. Используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдении Тихо Браге. Кеплер установил законы движения планет вокруг Солнца.

Но Кеплер не сумел объяснить динамику движения. Почему планеты обращаются вокруг Солнца именно по таким законам? На  этот вопрос сумел ответить Исаак Ньютон, используя законы движения, установленные Кеплером, и общие законы динамики.

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т.д.), вызваны одной причиной. Проведя многочисленные расчеты. Ньютон пришел к выводу, что все тела в природе притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Покажем, как Ньютон пришел к такому заключению.

Из второго закона динамики следует, что ускорение, которое получает тело под действием силы, обратно пропорционально массе тела. По ускорение свободного падении не зависит от массы тела. Это возможно только в том случае, если сила, с которой Земля притягивает тело, изменяется пропорционально массе тела.

По третьему закону силы, с которыми взаимодействуют тела, равны. Коли сила, действующая на одно тело, пропорциональна массе этого тела, то равная ей сила, действующая на второе тело, очевидно, пропорциональна массе второго тела. Но силы, действующие на оба тела, равны, следовательно, они пропорциональны массе и первого и второго тела.

Ньютон рассчитал отношение радиуса орбиты Луны к радиусу Земли. Отношение равнялось 60. А отношение ускорения свободного падения на Земле к центростремительному ускорению, с которым обращается вокруг Земли Луна, равнялось 3600. Следовательно, ускорение обратно пропорционально квадрату расстояния между телами.

Но по второму закону Ньютона сила и ускорение связаны прямой зависимостью, следовательно, сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

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

Пределы применимости закона:

Закон всемирного тяготения применим только для материальных точек; для тел, размеры которых значительно меньше, чем расстояния между ними; для тел, имеющих форму шара; для шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых значительно меньше размеров шара.

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара. В этом случае сила тяготения обратно пропорциональна только расстоянию, а не квадрату расстояния. А сила притяжения между телом и бесконечной плоскостью вообще от расстояния не зависит.

Применение закона при открытии новых планет:

Когда была открыта планета Уран, на основе закона всемирного тяготения рассчитали ее орбиту. Но истинная орбита планеты не совпала с расчетной. Предположили, что возмущение орбиты вызвано наличием еще одной планеты, находящейся за Ураном, которая своей силой тяготения изменяет его орбиту. Чтобы найти новую планету, необходимо было решить систему из 12 дифференциальных уравнении с 10 неизвестными. Эту задачу выполнил английский студент Адаме; решение он отправил в Английскую академию наук. Но там на его работу не обратили внимания. А французский математик Леверье, решив задачу, послал результат итальянскому астроному Галле. И гот, в первый же вечер наведя свою трубу в указанную точку, обнаружил новую планету, дали название Нептун. Подобным же образом в 30-е годы нашего столетия была открыта и 9-я планета Солнечной системы -Плутон

На вопрос о том, какова природа сил тяготения, Ньютон отвечал: «Не знаю, а гипотез измышлять не желаю».