урок по астрономии

Урок 13. Открытие и применение закона всемирного тяготения

Цели урока

Личностные: выражать отношение к интеллектуально-эстетической красоте и гармоничности законов небесной механики.

Метапредметные: аналитически доказывать справедливость законов Кеплера на основе закона всемирного тяготения; делать вывод о взаимодополняемости результатов применения эмпирического и теоретического методов научного исследования.

Предметные: определять массы планет на основе третьего (уточненного) закона Кеплера; описывать движения тел Солнечной системы под действием сил тяготения по орбитам с различным эксцентриситетом; объяснять причины возникновения приливов  на Земле и возмущений в движении тел Солнечной системы.

Основной материал

Аналитическое доказательство справедливости закона всемирного тяготения. Явление возмущенного движения как доказательство справедливости закона всемирного тяготения. Применение закона всемирного тяготения для определения масс небесных тел. Уточненный третий закон Кеплера. Явление приливов как следствие частного проявления закона всемирного тяготения при взаимодействии Луны и Земли.

Методические акценты урока. Рассматриваемое содержание урока изучалось учащимися в рамках курса физики основной и старшей школы. Но основной акцент при этом был сделан на физическом со- держании закона, астрономические следствия рассматривались описательно.

Начало урока целесообразно построить в форме решения практической задачи. Вспомнив формулировку закона всемирного тяготения, учащимся предлагается назвать все возможные параметры, определение которых возможно для Земли. Учитывая, что из курса физики известно несколько способов определения ускорения свободного падения, а на предыдущем уроке учащиеся знакомились со способами определения радиуса Земли, в процессе совместного обсуждения с классом определяют величину массы Земли и ее плотность. Сделав вывод о том, что любой закон, включая закон всемирного тяготения, имеет границы применимости и позволяет подтвердить или опровергнуть определенную группу эмпирических фактов, далее урок строится в форме метапред- метной проектной работы «Взаимосвязь эмпирических и теоретических методов в науке». Для этого класс разбивается на четыре группы, каждой формулируется своя задача.

Группа 1. Цель — аналитически доказать справедливость закона всемирного тяготения.

1.   Докажите, что ускорение свободного падения на расстоянии радиуса орбиты Луны равно ускорению орбитального движения Луны по орбите, близ- кой к круговой. Сформулируйте вывод.

2.   Докажите, что ускорение планеты, движущейся вокруг Солнца, и действующая на нее сила притяжения Солнца обратно пропорциональны квадрату расстояния от планеты до Солнца. Сформулируйте вывод.

Группа 2. Цель — теоретически изучить явление возмущенного движения.

1.  Сформулируйте понятие возмущенного движения (возмущения).

2.  На основе закона всемирного тяготения укажите условия, при которых в Солнечной системе могут быть заметны возмущения в движении небесных тел. Подтвердите на основе открытия планет «на кончике пера» значимость данных условий.

3.  Приведите примеры задач практической астрономии, для решения которых необходимо учитывать возмущения.

Группа 3. Цель — аналитически доказать применимость закона всемирного тяготения для определения масс небесных тел.

1.            Выведите аналитически уточненную формулировку третьего закона Кеплера, позволяющего определять массы небесных тел Солнечной системы, имеющих спутники. При выводе соотношения считайте орбиты планет круговыми и учитывайте, что масса Солнца значительно больше массы любой планеты, а масса любой планеты значительно больше массы их спутников.

2.  Получите аналитическое соотношение для определения массы планеты, имеющей спутник, если эту систему сравнить с другой планетой и ее спутником.

3.  Укажите возможности применения получен- ной аналитической зависимости для определения масс небесных тел, не имеющих естественных спутников.

Группа 4. Цель — теоретически изучить явление приливов как частный случай проявления закона всемирного тяготения при взаимодействии Луны и Земли.

1.  Поясните, в чем состоит явление приливов. Укажите причину, следствия их возникновения и оболочки Земли и других планет, подверженные воздействию приливных сил.

2.  Сформулируйте понятие приливного ускорения.

3.  Укажите период возникновения прилива на определенной части поверхности Земли и условия возникновения максимальных приливов.

4.  Графически изобразите приливные горбы планет в системе «Земля — Луна».

После выполнения задания группами в процессе его обсуждения следует обратить внимание учащихся на следующие аспекты.

1.  Доказательством справедливости закона выступает аналитическое сравнение величины ускорения Луны с учетом ее расстояния до Земли и ускорение орбитального движения.

2.  Эмпирически открытый третий закон Кеплера позволяет подтвердить аналитически сформулированный закон всемирного тяготения: ускорение планет и действующая на них сила притяжения Солнца обратно пропорциональна квадрату расстояния.

3.  Закон всемирного тяготения (ЗВТ) — этап развития научного знания и научная основа эмпирических открытий законов и закономерностей.

Домашнее задание. § 14.1—14.5; практические задания.

1.  Поясните, как будет двигаться первоначально находящееся на орбите тело, скорость которого меньше первой космической.

(Тело будет двигаться по эллипсу, большая полуось которого меньше диаметра круговой скорости.)

2.  Продолжите схему «Гравитационное взаимо- действие».

космические явления   космические процессы

Темы проектов

1.  История открытия Плутона.

2.  История открытия Нептуна.

3.  Клайд Томбо.

4.  Явление прецессии и его объяснение на основе закона всемирного тяготения.

Задачи для подготовки к ЕГЭ по физике

1.  Расстояние от спутника до центра Земли равно двум радиусам Земли. Во сколько раз изменится сила притяжения спутника к Земле, если расстояние от него до центра Земли увеличится в 2 раза?

2.  Искусственный спутник обращается вокруг планеты по круговой орбите радиусом 4 тыс. км со скоростью 3,4 км/с. Ускорение свободного падения на поверхности планеты 4 м/с2. Чему равен радиус планеты?

3.  В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение уменьшается. Как изменятся в результате этого перехода потенциальная энергия спутника в поле тяжести Земли, модуль его импульса на орбите и период обращения вокруг Земли? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: увеличивается, уменьшается, не изменяется.

4.  По какой из приведенных формул можно рассчитать силу гравитационного притяжения между двумя кораблями, изображенными схематично на

Г) ни по одной из приведенных формул?

Интернет-ресурсы http://elementy.ru/trefil/23/Zakon_vsemirnogo_

tyagoteniya_Nyutona — Элементы большой науки. Закон всемирного тяготения.

https://www.youtube.com/watch?v=q95BlNdPb R4 — Вечное противодействие. Приливы и отливы.

http://www.youtube.com/watch?v=azYacU6u 3Io — Приливы и отливы.

Скачано с www.znanio.ru