Урок физики 9 класс Закон Всемирного тяготения

Кравцов Вячеслав Георгиевич

Учитель физики ВКК, к.т.н

ГБОУ СОШ №277 г. Санкт-Петербург

тема урока   Закон Всемирного тяготения

      Добрый день! Мы с тобой приступаем к изучению так называемого "Закон Всемирного тяготения". С тем, чтобы урок у нас с тобой прошел продуктивно, тебе необходимо подготовиться к этому занятию. Прежде всего, проверь свою готовность к уроку: у тебя на столе должны лежать: учебник Физика для 9 класса Перышкин А.В. Гутник Е.М, рабочая тетрадь (18 листов), ручка, карандаш, цветные карандаши, линейка, транспортир, треугольник, для выполнения расчетов, черновая тетрадь или листы бумаги для выполнения расчетов.

ЭТАПЫ УРОКА

1.Объяснение нового материала

     По второму закону Ньютона причиной изменения движения, т. е. причиной ускорения тел, является сила. В механике рассматриваются силы различной физической природы. Многие механические явления и процессы определяются действием сил тяготения.

Закон всемирного тяготения был открыт И. Ньютоном в 1682 году. Еще в 1665 году 23-летний Ньютон высказал предположение, что силы, удерживающие Луну на ее орбите, той же природы, что и силы, заставляющие яблоко падать на Землю.

     По его гипотезе между всеми телами Вселенной действуют силы притяжения (гравитационные силы), направленные по линии, соединяющей центры масс. У тела в виде однородного шара центр масс совпадает с центром шара. Посмотри Flach-ролик Открытие Ньютона

В последующие годы Ньютон пытался найти физическое объяснение законам движения планет , открытых астрономом И. Кеплером в начале XVII века, и дать количественное выражение для гравитационных сил. Зная, как движутся планеты, Ньютон хотел определить, какие силы на них действуют. Такой путь носит название обратной задачи механики.

      Если основной задачей механики является определение координат тела известной массы и его скорости в любой момент времени по известным силам, действующим на тело, и заданным начальным условиям (прямая задача механики), то при решении обратной задачи необходимо определить действующие на тело силы, если известно, как оно движется. Решение этой задачи и привело Ньютона к открытию закона всемирного тяготения.

      Закон Всемирного тяготения гласит:

      Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

Flach-ролик Формула закона всемирного тяготения демонстрирует тебе вид формулы закона всемирного тяготения, а  Flach-ролик Гравитационное притяжение показывает схему взаимодействия тел.

Формула закона Всемирного тяготения: 

F = G* m ₁* m ₂ / R ²

где m ₁ масса первого тела, m ₂ масса второго тела, а R расстояние между телами. Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его называют гравитационной постоянной

G = 6,67·10–11 Н·м2/кг2 (СИ).       Гравитационная постоянная была определена опытом Кевендыша

,который ты можешь просмотреть в Flach-ролике  опыт Кевендыша.

Многие явления в природе объясняются действием сил всемирного тяготения. Движение планет в Солнечной системе, искусственных спутников Земли, траектории полета баллистических ракет, движение тел вблизи поверхности Земли – все они находят объяснение на основе закона всемирного тяготения и законов динамики.

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Если М_З – масса Земли, R_З – ее радиус, m – масса данного тела, то сила тяжести равна

F_Т  = m* g = G* М_З* m ₂ / R ²

 где g – ускорение свободного падения у поверхности Земли:

      Сила тяжести направлена к центру Земли. В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения. Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно 9,81 м/с2. Зная ускорение свободного падения и радиус Земли (R_З = 6,38·106 м), можно вычислить массу Земли М.

      При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли. Реальное значение ускорения свободного падения демонстрирует Flach-ролик Ускорение свободного падения.

Примером системы двух взаимодействующих тел может служить система Земля–Луна. Луна находится от Земли на  расстоянии  R_З = 3,84·106 м. Это расстояние приблизительно в 60 раз превышает радиус Земли R_З.

      С   ускорением, направленным к центру Земли, Луна движется по орбите. Следовательно, это ускорение является центростремительным ускорением.

Совпадение результатов расчетов, выполненных разными способами, подтверждает предположение Ньютона о единой природе силы, удерживающей Луну на орбите, и силы тяжести.

      Собственное гравитационное поле Луны определяет ускорение свободного падения g_Л на ее поверхности. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли, а ее радиус приблизительно в 3,7 раза меньше радиуса Земли.

В условиях такой слабой гравитации оказались космонавты, высадившиеся на Луне. Человек в таких условиях может совершать гигантские прыжки. Например, если человек в земных условиях подпрыгивает на высоту 1 м, то на Луне он мог бы подпрыгнуть на высоту более 6 м.

      Просмотрев   следующие Flach-ролики и Видеофрагменты, ты сможешь получить наглядное представление о опытах по определению ускорения свободного падения.

      Ускорение, с которым падают на Землю тела, называется ускорением свободного падения. Вектор ускорения свободного падения обозначается символом он направлен по вертикали вниз. В различных точках земного шара в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря числовое значение g оказывается неодинаковым, изменяясь примерно от 9,83 м/с2 на полюсах до 9,78 м/с2 на экваторе.

      На широте Москвы g = 9,81523 м/с2. Соответственно этому отличаются между собой вес тела на полюсе и экваторе. Flach-ролик Вес тела на полюсе и экваторе Flach-ролик Форма Земли демонстрирует, как меняется форма Земли в зависимости от вращения вокруг своей оси.

     Обычно, если в расчетах не требуется высокая точность, то числовое значение g у поверхности Земли принимают равным 9,8 м/с2 или даже 10 м/с2. Кроме того, ускорение свободного падения зависит от высоты и по мере удаления от поверхности Земли убывает. Зависимость ускорения свободного падения от высоты демонстрирует Flach-ролик Зависимость ускорения от высоты

      Flach-ролик Движение тела под действием силы тяжести демонстрирует тебе характер движения тел в поле земного притяжения. Flach-ролик Сила притяжения показывает, как меняется сила притяжения в зависимости от удаления от центра Земли.

      Flach-ролик: Опыт Кевендыша , позволит тебе самостоятельно выполнить эксперимент по изучению закона всемирного тяготения, меняя массы взаимодействующих тел и расстояние между, взаимодействующими телами.

Следующие иллюстративные электронные образовательные ресурсы в виде видеофрагментов являются дополнительными. Они позволят тебе лучше понять изучаемую тему.

Видеофрагмент "Падение шариков".

Видеофрагмент "Вес тела на полюсе и экваторе".

Видеофрагмент "Движение под действием силы тяжести".

Видеофрагмент "Опыт Кевендыща".

Видеофрагмент "Опыт Кевендыша 1"

Видеофрагмент "Вес тела и невесомость"

2.ЗАКРЕПЛЕНИЕ И ПОВТОРЕНИЕ, ПРОЙДЕННОГО НА УРОКЕ МАТЕРИАЛА

C целью закрепления, и более глубокого усвоения, пройденного на уроке материала предлагаю тебе просмотреть следующий Flach-ролик: Закон Всемирного тяготения.

Просмотр этого Flach-ролика позволит тебе глубже понять, что такое всемирное тяготение, закрепить в памяти формулировку закона всемирного тяготения. Еще раз убедишься в том, что сила взаимного притяжения тел прямо пропорциональна массам, взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Flach-ролик напомнит тебе, что из себя представлял опыт Кевендыша и покажет тебе, что сила тяжести является одним из проявлений закона Всемирного тяготения. Он позволит тебе самостоятельно выполнить эксперимент по определению зависимости ускорения свободного падения от расстояния до центра Земли. Кроме того, с использованием данных таблицы, ты сможешь самостоятельно рассчитать ускорение свободного падения на различных планетах: Земле, Луне, Марсе, Сатурне, Уране, и других планетах.

3. РЕФЛЕКСИЯ. ПРОВЕРКА УРОВНЯ УСВОЕНИЯ ИЗУЧЕННОГО НА УРОКЕ МАТЕРИАЛА

C целью проверки уровня усвоения материала урока, постарайся решить интерактивные залачи: "Всемирное тяготение" и Вес тела и тяготение ответь на тест по материалам изучаемой темы: Тест 1, Тест 2, Тест 3, Тест 4, Тест 5 , Тест 6, Тест 7, Тест 8, Тест 9. Тест 10

4.ЗАДАНИЕ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО МАТЕРИАЛА

Физика 9 класс А.В.Перышкин, Е.М. Гутник § 15 "Закон Всемирного тяготения" Выучи основные определения и формулы. Ответь на вопросы к этому параграфу. Выполни упркжнение №15.