Урок . Закон всесвітнього тяжіння. Прискорення вільного падіння

Про матеріал

Формування предметних компетентностей: пояснити учням закон всесвітнього тяжіння, розглянути межі його застосування та фізичний зміст гравітаційної сталої; сформувати знання про силу тяжіння, як вона напрямлена та за якими формулами її обчислюють; проаналізувати від яких чинників залежить прискорення вільного падіння Формування ключових компетентностей: саморозвитку й самоосвіти - створення проблемних ситуацій, уміння розв’язувати завдання; інформаційної – відпрацювання вмінь робити висновки й узагальнення; соціально-трудової – вміння, спираючись на отримані знання, самостійно працювати, розвивати гнучкість отриманих знань; комунікативної – вміння працювати в групі.

Перегляд файлу

Тема: Закон всесвітнього тяжіння. Прискорення вільного падіння

Мета

Формування предметних компетентностей: пояснити учням закон всесвітнього тяжіння, розглянути межі його застосування та фізичний зміст гравітаційної сталої; сформувати знання про силу тяжіння, як вона напрямлена та за якими формулами її обчислюють; проаналізувати від яких чинників залежить прискорення вільного падіння

Формування ключових компетентностей: саморозвитку й самоосвіти - створення проблемних ситуацій, уміння розв’язувати завдання; інформаційної – відпрацювання вмінь робити висновки й узагальнення; соціально-трудової – вміння, спираючись на отримані знання, самостійно працювати, розвивати гнучкість отриманих знань; комунікативної – вміння працювати в групі.

Тип уроку: формування компетентностей

Методи та прийоми:

a) інформаційно-рецептивний: словесний, наочний (демонстрація роздаткового матеріалу), розповідь, бесіда, інструктаж;

б) інтерактивні: ігри, тести, програмовані завдання;

в) пошукові: групові форми роботи, взаємопов’язані запитання.

Міжпредметні зв’язки: географія, біологія,хімія

Форми організації навчальної діяльності: фронтальна, індивідуальна, парна

Наскрізні змістові лінії

Екологічна безпека та сталий розвиток

Здоров'я і безпека

Підприємливість і фінансова грамотність

Наочність і обладнання: підручник, металева та гумова кульки, пісок, папір, відео: падіння тіла, дослід Генрі Кавендіша, портрети Галілея, Гука, Ньютона, Кеплера, Коперника.

Хід уроку

Тільки людина чинить опір напрямку гравітації:

Їй постійно хочеться падати вгору.

Ф.В. Ніцше.

І. Організаційний етап.

Прийом «Створюємо настрій»

Цей прийом також спрямований на створення позитивної атмосфери навчання.

Наприклад:

«Відчуємо себе часточками колективу, краю, держави, Всесвіту і скажімо собі:

Я прийшов на урок для чого? …(Учитися).
Треба бути яким? …(Спокійним).
Зі мною хто? …(Мої друзі).
Вони мене що? …(Поважають).
Мені це як? …(Приємно).
Я готовий до чого? …(До успішної роботи)».

ІІ. Актуалізація основних знань та вмінь

Вправа «Заповни пропуски»

Вчитель пропонує учням заповнити дописати не вистачаючи фрагменти в таблиці. (Можливо два варіанта виконання вправи, за допомогою проектора або запису на дошці)

ІІ закон Ньютона

ІІІ закон Ньютона

І закон Ньютона

Якщо , то .

Гра «Крокодил»

Суть гри проста - потрібно жестами показати те, що написано на ігровій картц

Ігрова картка

V. Вивчення нового матеріалу.

Закон всесвітнього тяжіння був вперше сформульований Ісааком Ньютоном у 1687 році в роботі «Математичні принципи натуральної філософії». Вивчивши відомі на той час дані про рух планет, а саме Землі та місяця, Ньютон дійшов висновку, що сила тяжіння між тілами не тільки пропорційна масі тіл, ай залежить від відстані між тілами.

Закон всесвітнього тяжіння: Дві матеріальні точки масами m₁ та m₂ притягуються із силою, прямо пропорційною добутку мас цих тіл і обернено пропорційною квадрату відстані між ними:

, де – гравітаційна стала.

Гравітаційна стала чисельно дорівнює силі, з якою дві матеріальні точки масою 1 кг кожна взаємодіють на відстані 1 м одна від одної (якщо , а , то ).

Завдяки закону всесвітнього тяжіння:

описують рух природних і штучних тіл у Сонячній системі;
описують рух подвійних зір, зоряних скупчень;
обчислюють маси небесних тіл;
визначають характер руху небесних тіл, будову, еволюцію.

Знайдемо прискорення вільного падіння, застосовуючи закон всесвітнього тяжіння. Для тіла ,що знаходиться поблизу Землі: ,

де М_З=5,98·10²⁴ кг – маса Землі; R_з=6,4·10⁶ м – радіус Землі, m_т – маса тіла.

З іншого боку F=mg → .

Отже, – прискорення вільного падіння.

Аналіз останньої формули:

1. Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла (довів Ґ. Ґалілей).

2. Прискорення вільного падіння зменшується в разі збільшення висоти h тіла надповерхнею Землі, причому помітна зміна відбувається, якщо h становить десятки й сотнікілометрів (на висоті h = 100 км прискореннявільного падіння зменшиться лише на 0,3 м/с²).

3. Якщо тіло перебуває на поверхні Землі або на висоті кількох кілометрів :

Через обертання Землі,а також через те, що форма Землі – еліпсоїд (екваторіальний радіус Землі більший за полярний на 21 км), прискорення вільного падіннязалежить від географічної широти місцевості.

У випадку коли тіло піднято на висоту h:

– закон всесвітнього тяжіння на висоті h;

– прискорення вільного падіння на висоті h.

Сила тяжіння – сила, з якою Земля (або інше астрономічне тіло) притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї.

Маса – фізична величина, яка є однією з основних характеристик матерії та визначає її інерційні, енергетичні та гравітаційні властивості.

Маса як міра гравітаційних властивостей тіла характеризує інтенсивність взаємодії тіла з гравітаційним полем. Вона фігурує у Ньютонівському законі всесвітнього тяжіння.

Рух тіла, кинутого вертикально вгору

Поняття вільного падіння мас широкий зміст: тіло здійснює вільне падіння, не тільки тоді, коли його початкова швидкість дорівнює нулю. Якщо тіло кинути вниз із початковою швидкістю v₀, воно при цьому також вільно падатиме. Навіть більше, вільне падіння не обов'язково являє собою рух униз.

Якщо початкова швидкість тіла спрямована вгору, то тіло в процесі вільного падіння якийсь час летітиме вгору, зменшуючи свою швидкість, і лише потім почне падати вниз.

Під час підйому тіла його швидкість зменшується відповідно до формули v = v₀- gt. Отже, швидкість дорівнюватиме нулю за час t_під = v₀ / g

Досягнувши найвищої точки, тіло на мить зупиниться й почне рухатися з прискоренням вільного падіння. Швидкість тіла під час руху вниз збільшуватиметься відповідно до формули v = gt де час і відлічується тепер з моменту, коли тіло перебуває у найвищій точці.

Межі застосування закону всесвітнього тяжіння

Закон справджується в таких випадках

Для матеріальних точок.

Для кулястих тіл зі сферичним розподілом речовини.
Якщо одне з тіл, що взаємодіють, - куля, розміри та маса якої значно більші, ніж розміри та маса другого тіла

V. Узагальнення і систематизація знань

Розв’язування задач

Задача 1

Визначте масу тіла, якщо на поверхні Місяця на нього діє сила тяжіння 7,52 Н. Яка сила тяжіння діятиме на це тіло на поверхні Землі? Прискорення вільного падіння на Місяці – 1,6 м/с².

Дано:

Розв’язання

Сила тяжіння , на Місяці , тоді

На Землі

Задача 2 З якою силою притягується до станції масою 180 т транспортний космічний корабель масою 9 т у разі, якщо корабель перебуває на відстані 50 м від станції?

Дано: