Урок "Розв'язування задач на застосування закону всесвітнього тяжіння та силу тяжіння"

Конспект  уроку

з фізики

для 9 класу

на тему:

«Розв’язування задач

на застосування закону всесвітнього тяжіння та силу тяжіння».

Автор: вч. математики та фізики

    Шевченківського НВК

                                   Мединець

                                    Ірина Михайлівна

-2021 р. -

Тема уроку: Розв’язування задач

Мета уроку: навчальна: закріпити  знання з теми « Закон всесвітнього тяжіння», розуміння фізичного змісту явища гравітації та гравітаційної сталої;  удосконалювати вміння застосовувати математичні методи для вирішення прикладних задач; показати   місце і роль фізичного закону у наукових відкриттях; забезпечити засвоєння учнями інформації про наукову місію НАСА і її значення для людства.

Розвивальна: продовжити формування вмінь і навичок учнів розв’язувати задачі, застосовуючи набуті знання; виділяти головне й робити висновки; уміння аналізувати факти, розвивати логічне мислення,  спостережливість та кмітливість; вміння висловлювати свої думки; розвивати навички групової самоорганізації

Виховна: формувати світогляд, виховувати активну життєву позицію, патріотичні  почуття, почуття гордості людини за наукові відкриття, впевненість у своїх силах; інтерес до вивчення фізики

Очікувані результати: знаннєвий компонент: учні відтворюють знання з теми “Закон всесвітнього тяжіння ”, розуміють зв’язки між ними; діяльнісний компонент: учні розв’язують задачі на використання формул, пов’язаних із законом Ньютона; вміють аналізувати якісні задачі; ціннісний компонент: учні оцінюють на якісному рівні результати застосування набутих знань в реальних життєвих ситуаціях, учні зможуть розв’язувати задачі різних типів на  застосування закону всесвітнього тяжіння

Наочність і обладнання: мультимедійне обладнання (ноутбук, мультимедійний проектор), презентація, відеосюжети, повязані з науковою місією НАСА

Тип уроку:  закріплення знань та практичних вмінь

Хід уроку

І. Організаційний етап.

Інтерактивна вправа «Бартер». Учитель говорить: «Я на свої долоні (показую їх) кладу свою любов до вас, цікавий матеріал, психологічну атмосферу, розуміння, терпіння. Ви ж на свої долоні покладіть свої знання, уважність. А тепер давайте з вами зробимо обмін: я легенько здуваю до вас те, що лежить на моїх долонях, а ви здуваєте те, що на ваших долонях. Ось ми з вами здійснили бартер (обмін), а наскільки він успішний, побачимо в кінці уроку».

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Метод «Парад розумних думок». Учитель пропонує учням прокоментувати слова Енріко Фермі (італ. фізик, лауреат Нобелівської премії за відкриття штучної радіоактивності) писав, що «Людина знає фізику, якщо вона вміє розв’язувати задачі»

ІІІ. Формулювання мети і завдань уроку.

ІV. Актуалізація опорних знань.

Метод «Ланцюжок»

-Сформулювати закон.

-Який фізичний зміст гравітаційної сталої?

-Як визначити силу тяжіння? Від чого вона залежить?

-Від чого залежить прискорення вільного падіння?

V.Застосування набутих знань.

1.Усне розвязування  якісних вправ.

1. Між якими двома із трьох куль (див. малюнок), виготовлених з однієї речовини, діє найбільша сила всесвітнього тяжіння?

2. У скільки разів зміниться сила гравітаційної взаємодії, якщо одне тіло збільшить свою масу у 2 рази?

3. У скільки разів зміниться сила гравітаційної взаємодії, якщо обидва тіла  збільшать свою масу у 2 рази?

4. У скільки разів зміниться сила гравітаційної взаємодії, якщо відстань між тілами збільшити  у 2 рази (коли збільшується відстань у 2 рази, сила зменшується в 4 рази)?

5. У скільки разів зміниться сила гравітаційної взаємодії, якщо відстань між тілами зменшити  у 4 рази (сила збільшиться в 16 разів)

6.Чи одинаковою є гравітація в усіх точках поверхні Землі? (Ні. На поверхні Землі гравітація неоднорідна, тому що наша планета не є ідеальною кулею, і маса її розподілена нерівномірно. Приміром, на екваторі сила тяжіння трохи слабкіше, ніж на полюсах).

7. Чи можна кинути сторчово вгору гарматень (снаряд) так, щоб він на землю не повернувся? (Ні. З якою б можливою для нас швидкістю ми не кинули сторчово вгору тіло, воно повернеться назад, бо на нього ввесь час діє сила притягання до землі, що безперервно зменшує його швидкість і нарешті примушує падати назад все швидше і швидше. Відома зараз всім відплатна зброя Ф2 летить на висоті 100 км і досягає своєї мети, падаючи на землю)

8. Як з'ясувати, що Місяць обертається навколо Землі? ( Відомий закон інерції говорить, що всякому тілу властивий лише прямолінійний рух: отже за цим законом Місяць повинен рухатись по прямій і все далі-далі віддалятись від Землі. Але за законом всесвітнього тяжіння він притягається до Землі і безперервно на неї падає. Ці два одночасні прямолінійні рухи і дають криву — коло, по якому Місяць ходить навколо землі. Отже він через інерцію не може впасти на землю, а через силу притягання не може віддалитись від неї).

2. Письмове розвязування розрахункових задач.

А) колективне розвязування

№1. Обчислити силу гравітаційної взаємодії Землі і Місяця. Маса Землі – 6*10²⁴ кг, маса Місяця – 7,35*10²² кг. Відстань від Землі до Місяця – 3,84 *10⁸ м.

№2. Космічний корабель масою 8 т взаємодіє із орбітальною космічною станцією масою 20 т  із силою 1 мкН. На яку відстань наблизився  корабель до космічної станції ? (Відповідь: приблизно 100 м)

Учитель: Нашу планету часто порівнюють з величезним космічним кораблем, який летить просторами Всесвіту. А людство – екіпаж цього корабля. Красиве і мудре порівняння. 13 березня 2011 року – після кількох днів страшного землетрусу в Японії, - Італійський інститут геофізики зробив невтішну заяву: «Земна вісь змістилась на 10 сантиметрів». Вчені акцентують увагу людства на тому, що за інтервал в 7 років – це вже втретє. Страшенні поштовхи на Суматрі (Індія) в 2004 році змінили нахил на 6 см, Чілійська катастрофа (Південна Америка) в 2010 році додала ще 8 см зміщення осі обертання Землі. Це відобразилося на кліматі, тривалості доби і біологічному ритмі землян. Але, саме головне, показало настільки нестійкою є «земна колиска». Крім цього, вирубка лісів, експлуатація морів і ґрунтів, забруднення повітря і води - усі ці фактори підштовхують наш світ до екологічної катастрофи. Але ми всі повинні осмислити, що у нашого космічного корабля немає аварійного виходу. Майбутнє Землі в небезпеці. За цими словами чорна істина. Зрозумілим є одне – загибель цивілізації неминуче. Людство сьогодні стоїть на порозі екологічної катастрофи. Знаючи це, нам потрібно намагатися зберегти життя будь-якою ціною. Людству потрібна «запасна» планета.

18.лютого 21 р.  увага всього світу була прикута до історичної події- марсехід Наполегливість, який 7 місяців назад покинув Землю і, подолавши 480 млн. км, здійснив вдалу посадку в північній півкулі  Марса і розпочав свій довгий шлях на незвіданій планеті. Мета нової місії NASA- колонізація в майбутньому Червоної планети, яка може стати новою «домівкою» для землян.

(демонстрація відео https://youtu.be/MrEdi7zZvRQ або

https://youtu.be/KS6lFcgTzvg ) 

Характеристика планети Марс (презентація)

Маса Марса – 6,4 *10²² кг, радіус – 3,4 *10⁶ м

Учитель: Національне управління з аеронавтики та дослідження космічного простору США (НАСА) планує невдовзі після експедиції “марсоходу”, щоб “червону планету” відвідала  людина. За інформацією NASA, це планується на 2024 році. А у 2017 р. агентство озвучило імена 12 американців - головних кандидатів-астронавтів, які можуть відправитися на Марс. За результатами Нідерландського проекту  Mars One в результаті відбору залишилася сотня людей. Серед сотні кандидатів, є й один українець – житомирянин Сергій Якимов. Однак, поки що  проект Mars One через фінансові складнощі заморожено.

Та ми не будемо гаяти часу і я зараз оголошую конкурс команд, яка полетить на Марс. Для участі в конкурсі візьмуть участь дві команди на чолі з командирами ( клас ділиться на дві групи) . Команда, яка швидше справиться із завданням, стане претендентом на політ.

Б) робота в групах

Завдання: Визначити прискорення вільного падіння на Марсі, якщо маса Марса – 6,4 *10²² кг, радіус – 3,4 *10⁶ м

В) Рольва гра

Науковці: ( учні, які вийшли переможцями у групі)

Порівняти силу тяжіння на поверхні Марса із силою тяжіння на поверхні Землі.

(Учнів другої групи поділяю на лікарів і експертів)

Лікар.  (опрацювавши додатковий матеріал  про значення гравітації для живих організмів дають відповідь на запитання:: Яку небезпеку для людини несе мала гравітація, або її відсутність?):

В теорії люди можуть жити на планетах, сила гравітації на яких відрізняється від Земної не більш ніж у три рази. В іншому випадку буде порушена подача крові в головний мозок, що може призвести до незворотних наслідків.

Гравітація необхідна нашому організму, щоб нормально функціонувати. В умовах її відсутності кістки швидко втрачають кальцій, і, незважаючи на всі вправи, спеціальні дієти, втрати цього цінного елементу досягають 1% в місяць. визнають, що місія тривалістю від 4-6 місяців показує максимальний спад на 30% продуктивності м'язів і зниження м'язової маси на 15%.

Деякі бактерії, наприклад, сальмонели, в умовах відсутності гравітації стають набагато активніше, а тому небезпечнішою.

Газовані напої в умовах відсутності сили тяжіння пити не можна, так як в невагомості гази всередині організму розподіляються зовсім інакше, і це просто небезпечно.

З причин, не досить зрозумілих, кількість еритроцитів в організмі знижується, що викликає так звану космічну анемію.

Рани загоюються повільніше, а імунітет організму падає.

Експерти (роблять висновок про можливість життя на Марсі): Поскільки сила тяжіння на Марсі менша за земну менш ніж у 3 рази, то теоретично люди зможуть жити на Марсі. Але, як повідомили лікарі, що  тривале перебування людини на Марсі загрожує незворотними змінами в організмі ( це стосується зниження м’язової маси). Тому, якщо люди тривалий час будуть перебувати в умовах значно меншої гравітації ніж на Землі, то людський організм призвичаїться і повернення на планету, де гравітація вища, може коштувати космонавтам навіть життя. І, на кінець, так як сила тяжіння на Марсі набагато нижче, ніж на Землі, то, якщо Марс коли-небудь буде колонізований, діти, які будуть народжені і виростуть на Червоній планеті, будуть помітно вище землян, але при цьому слабші фізично.

VІ. . Цікаві факти про гравітацію(презентація)

Однією з основних сил, що впливають і на нас, і на все навколо, є гравітація, або сила тяжіння, як її іноді ще називають. Незважаючи на те, що її вплив очевидно, людям знадобилося чимало часу, щоб зрозуміти, як гравітація працює, і що вона взагалі з себе представляє. Хоча і зараз нам відомо про неї дуже мало, і далеко не факт, що людству взагалі вдасться коли-небудь навчитися керувати нею.

1.Назва цього терміна походить від латинського слова «gravitas», що означає попросту «тяжкість».

2.Саме гравітація визначає граничну висоту гір, при перевищенні якої вони зруйнуються під власною вагою. Гори На Землі не можуть бути вище приблизно 15 кілометрів від підошви до вершини.

3. Сучасні астрофізики вважають, що в центрі більшості галактик є надмасивна чорна діра, що володіє жахливою силою тяжіння. Чорна діра в центрі Чумацького шляху, за підрахунками вчених, має масу, рівну 3 млн сонячних мас. Будь-які чорні діри мають настільки потужну гравітацію, що ніщо не може її покинути, навіть світло.

Учитель: Місія НАСА розпочала неймовірну науку. І хочеться   вірити, що експедиції на Марс найближчі  через кілька років стануть реальністю, а потім – буденністю. І все це завдяки розвитку людської  цивілізації, нових відкриттів, в яких закони фізики посідають головне місце. І головне – завдяки жертвам кількох десятків людей, які заради світлого майбутнього людства готові на політ з білетом тільки поки що, на жаль, в одну сторону.

VІІ. Рефлексія

А я вам бажаю  міцних знань з фізики з метою підкорення нових гравітацій. На мою думку, наш бартер вийшов вдалим: ви мене порадували своїми знання.

(вислови учнів щодо їхнього враження від уроку)

VІІІ. Підсумок уроку. Завдання додому.

Повторити §-33, виконати Вправу 33 (№5), творче завдання (за бажанням) : Задача:Підлетівши до незнайомої планети, космічний корабель, вимкнувши двигуни, вийшов на колову орбіту, і космонавти перейшли до попередніх досліджень. Чи можуть вони визначити середню густину планети, користуючись лише годинником?