Урок "Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння."

Тема уроку: Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння.

Мета уроку: Сформувати поняття гравітаційних сил; вивчити закон всесвітнього тяжіння, ознайомити учнів з історією його відкриття, універсальний характер та практичне значення; формувати світогляд учнів; виховувати інтерес до вивчення законів природи та історії фізики; розвивати мову, мислення; формувати інформаційну, комунікативну компетентності.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу

Методи та прийоми: контроль знань «Загублені слова та словосполучення», «Приваблива мета», бесіда, пазли «Так чи ні», узагальнення.

Обладнаня: мультимедійна дошка, дидактичні матеріали, відеозаписи.

Хід уроку:

І. Організаційна частина.

1. Перевірка готовності учнів до уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань матеріалу з теми "Закони Ньютона"

На попередніх уроках ми вивчали з вами основні аксіоми руху, або ми їх називаємо Законами Ньютона. Давайте нагадаємо, виконаємо завдання з пропущеними словами чи словосполученнями. Перед нами постає завдання віднайти правильні слова у правильні місця. Отож, почали:

виконання завдання

Тіла завжди взаємно діють одне на одне — взаємодіють. Взаємодію тіл описує третій закон Ньютона (закон взаємодії): сили, з якими тіла діють одне на одне, напрямлені вздовж однієї прямої, рівні за модулем і протилежні за напрямком.

Пари сил, що виникають під час взаємодії, завжди мають одну природу; ці сили не зрівноважують одна одну, тому що прикладені до різних тіл.

Якщо на тіло одночасно діють кілька сил прискорення, якого набуває тіло внаслідок дії рівнодійної сили, прямо пропорційне цій силі та обернено пропорційне масі тіла.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Усі без винятку фізичні тіла у Всесвіті притягуються одне до одного — це явище називають всесвітнім тяжінням або гравітацією.

Тому сьогодні ми з вами будемо вивчати: «Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння»

Записуємо тему уроку в зошити. Ми з вами сьогодні з'ясуємо що таке гравітація, як її можна математично описати, нагадаємо що таке сила тяжіння, звернемося до історії відкриття Закону всесвітнього тяжіння та його практичне значення, будемо розвивати мислення та виховувати інтерес до вивчення законів природи та історії фізики.

До вас запитання:

Що відбудеться якщо відпустити пір'їнку та гарматне ядро одночасно з певної висоти?(вони почнуть падати під дією сили тяжіння)

Згідно ІІ закона Ньютона, тіло отримуватиме прискорення. Ви погоджуєтесь, що це буде прискорений рух?(так)

А чи однакове прискорення буде у пір'їнки та гарматного ядра?(так або ні). Метою вивчення нашої теми і буде з'ясування величини прискорення для різних тіл.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу – 25 хв.

Гравітаційна взаємодія — взаємодія, яка є властивою всім тілам у Всесвіті й виявляється в їхньому взаємному притяганні одне до одного.

Гравітаційна взаємодія здійснюється завдяки особливому виду матерії — гравітаційному полю, яке існує навколо будь-якого тіла: зорі, планети, людини, книжки, молекули, атома тощо.

Перші вислови про тяжіння зустрічаються в античних авторів. Так, давньогрецький мислитель Плутарх писав: «Місяць упав би на Землю як камінь, щойно зникла б сила його польоту».

Миколай Коперник довів, що в центрі Сонячної системи розташоване Сонце, а всі планети обертаються навколо нього; Йоганн Кеплер відкрив закони руху планет навколо Сонця; Ґалілео Ґалілей створив телескоп і за його допомогою побачив супутники Юпітера.

Але чому планети обертаються навколо Сонця, чому супутники обертаються навколо планет, яка сила втримує космічні тіла на орбітах? Одним із перших, хто це зрозумів, був англійський учений Роберт Гук . Він писав: «Усі небесні тіла мають притягання до свого центра, унаслідок чого вони не тільки утримують власні частини й перешкоджають їм розлітатися, але й притягають усі інші небесні тіла, що перебувають у сфері їхньої дії».

Саме Р. Гук висловив припущення про числове значення сили притягання між тілами. Однак довести це йому не вдалося. Це зробив І. Ньютон, який і сформулював закон всесвітнього тяжіння.

Між будь-якими двома тілами діють сили гравітаційного притягання, які прямо пропорційні добутку мас цих тіл і обернено пропорційні квадрату відстані між ними:

де G – гравітаційна стала.

Гравітаційну сталу вперше виміряв англійський учений Генрі Кавендіш у 1798 р. за допомогою крутильних терезів:

Фізичний зміст:

Гравітаційна стала чисельно дорівнює силі, з якою дві матеріальні точки массою 1 кг кожна взаємодіють на відстані 1 м одна від одної (якщо m₁ =m₂ =1 кг, а r =1 м, то F = 6,67*10⁻¹¹ Н).

Для того, щоб зрозуміти величину сили всесвітнього тяжіння, розглянемо задачу:

Задача

Визначити значення сили взаємного притягання двох кораблів, віддалених один від одного на 100 м, якщо маса кожного з них 10 000 т.

Отже, сила є вкрай малою.

Закон всесвітнього тяжіння дозволяє описати велике коло явищ, у тому числі рух природних і штучних тіл у Сонячній системі, рух подвійних зір, зоряних скупчень тощо. В астрономії, базуючись на цьому законі, обчислюють маси небесних тіл, визначають характер їхнього руху, будову, еволюцію.

Я ви вважаєте, чи можна скористатися законом всесвітнього тяжіння, обчислюючи силу притягання предметів до Землі?(так)

Сила тяжіння – сила, з якою Земля (або інше астрономічне тіло) притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї. Згідно із законом всесвітнього тяжіння модуль сили тяжіння F_тяж , яка діє на тіло поблизу Землі, можна обчислити за формулою:

Рух тіла лише під дією сили тяжіння називають вільним падінням.

Під час вільного падіння сила тяжіння, що діє на тіло, жодною силою не скомпенсована, тому відповідно до ІІ закону Ньютона тіло рухається з прискоренням. Це прискорення називають прискоренням вільного падіння і позначають символом g, Тому ІІ закон Ньютона запишеться:

Отже, прискорення вільного падіння:

або

Як видно з формули, прискорення вільного падіння буде однаковим для будь-якого тіла, незалежно від їхньої маси. Змінюватись воно буде з висотою, чим вище, тим менше прискорення вільного падіння. А так як наша планета є форми геоїда – сплюснута біля полюсів, то прискорення вільного падіння відрізнятиметься на полюсах буде найбільшим, а на екваторі – найменшим.

Першим падіння тіл досліджував Галілео Галілей, він висунув гіпотезу, що в разі відсутності повітря всі тіла — незалежно від їхньої маси, об’єму, форми — падають на Землю з однаковим прискоренням. Точні експериментальні дані були у Ньютона, який створив пристрій для дослідження падіння тіл в умовах відсутності повітря.

Пропоную проглянути сучасні експерименти вільного падіння:

перегляд відео

Отож на основі перегляду відео вільного падіння в умовах відсутності повітря ми переконались у тому, що всі тіла падають з однаковим прискоренням.

ІV. Закріплення матеріалу

На закріплення пропоную виконати вправу на правильність тверджень.

Результатом виконання буде перегляд відео про гравітаційні хвилі.

Виконання інтерактивної вправи пазли «Так чи ні»

V. Підбиття підсумків уроку

Показ відео про гравітаційні поля чорних дір.

Коментування: Отже виходячи із закону Всесвітнього тяжіння, ми можемо стверджувати, що сили гравітаційного притягання сягають помітного значення тільки тоді, коли хоча б одне з тіл має масу, порівнянну з масою небесних тіл (чорних дір, зір, планет і їхніх супутників тощо). Саме для чорної діри змогли виявити гравітаційні хвилі 11 лютого 2016 р., що вивчення гравітаційних хвиль допоможе пролити світло на історію Всесвіту і не тільки…

VI. Домашнє завдання

§33, Вправа 33 №1,4

Використана література:

1. Підручник Фізика 9 клас Бар’яхтар В. Г., Довгий С. О., Божинова Ф. Я., Кірюхіна О. О

Відео

1. https://www.youtube.com/watch?v=hhbMpe17fzA

2. https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs

Додаток

1. https://learningapps.org/4812919

2. https://learningapps.org/4805904