Усі уроки фізики 10 клас І семестр - Рівень стандарт - 2018 рік

Розділ І. Механічний рух

2. ДИНАМІКА

УРОК № 28 / І.2-6. ЗАКОН ВСЕСВІТНЬОГО ТЯЖІННЯ. ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ

Мета: 1) розширити знання учнів про види взаємодії, що існують у природі, сформувати поняття гравітаційної сили, домогтися засвоєння закону всесвітнього тяжіння, роз'яснити смисл гравітаційної сталої та способи її вимірювання, навчити застосовувати формулу закону всесвітнього тяжіння для розв'язання задач, вивести формулу для розрахунку прискорення вільного падіння, з'ясувати, від яких величин та як залежить прискорення вільного падіння;

2) продовжити ознайомлення учнів з навколишнім світом, навчити учнів давати пояснення явищам природи з фізичного погляду, продовжити формування вмінь аналізувати навчальну інформацію та робити відповідні висновки, продовжити формування критичного мислення учнів;

3) продовжити формування наукового світогляду через пояснення звичних явищ шляхом демонстрації наукових знань перед забобонами, причиною яких є нерозуміння причин протікання фізичних явищ; ознайомити учнів з сучасними уявленнями про загальність закону всесвітнього тяжіння та його проявах; довести значущість наукових знань для нових відкриттів («відкриття на кінці пера»).

Очікувані результати: учні формулюють закон всесвітнього тяжіння, знають значення гравітаційної сталої, застосовують закон всесвітнього тяжіння для розв'язання задач, пояснюють зміну значення прискорення вільного падіння від широти міста, від висоти над поверхнею Землі тощо.

Тип уроку: урок вивчення та засвоєння нових знань.

ХІД УРОКУ

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ 0,5 хв

II. АНАЛІЗ ВИКОНАННЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ 5 хв

Діяльність учителя

Компетентності

Діяльність учнів

Учитель коментує критерії виставлення оцінок за самостійну роботу, правильний алгоритм розв'язання задач

Формування самоосвітньої та предметної компетентностей: організація прийомів самонавчання, гнучкості застосування отриманих знань, розширення знань з теми, яку вивчають

Учні обговорюють рішення задач самостійної роботи, усувають прогалини у своїх знаннях

III. ОГОЛОШЕННЯ ТЕМИ УРОКУ ЦОР 5 хв

Діяльність учителя

Компетентності

Діяльність учнів

Учитель, використовуючи ІП до уроку (ЦОР), пропонує учням дати відповіді на запитання, що розкривають зміст навчального матеріалу, який буде розглянутий на уроці

Формування компетентності у природничих науках: наукове розуміння природи, розвиток умінь спостерігати, аналізувати і висувати гіпотези для пояснення побаченого; розширення знань про історію фізики та її відкриттів, формування інформаційної компетентності — вміння обробляти інформацію, подану в цифровому форматі, відеоряді тощо, та перетворювати її в текстову

Учні дають відповіді на запитання, розширюють свої знання про закон, який будуть вивчати на уроці, висувають гіпотези щодо запропонованих питань, розширюють коло своїх знань про взаємодії у природі

Дидактична гра «Впізнай героя»

ЦОР, інтерактивний плакат до уроку

Твердження

Розширення поняття

«За всю історію людства не було жодного випадку порушення цього закону»

Зі збірника «Жарти великих учених»

«Думку, закладену в цьому законі, висловлювали Леонардо да Вінчі, Коперник, Кеплер»

 

Роберт Гук оскаржував першість у цього вченого, який відкрив цей закон

 

Відкриття цього закону дозволило зробити «відкриття на кінці пера»

Планету Нептун спочатку «відкрили» теоретично, тобто було розраховано траєкторію її руху, і тільки згодом цю планету «знайшли» на небі

«Сила, що рухає світи,» описана в цьому законі

 

Відкриття цього закону сучасники пов’язують з падінням яблука на землю

ЦОР, малюнок

«Радійте смертні, що існувала така прикраса роду людського», — викарбувано на його могильній плиті

ЦОР, портрет Ньютона

IV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ 25 хв

План

1. Види взаємодії у природі.

2. Передумови для відкриття закону всесвітнього тяжіння.

3. Розрахунок сили всесвітнього тяжіння.

4. Визначення гравітаційної сталої.

5. Прискорення вільного падіння

6. Значення закону всесвітнього тяжіння

Діяльність учителя

Компетентності

Діяльність учнів

Нагадує учням про 4 типи взаємодії, демонструє фрагменти мультфільмів, у яких йдеться про різні види сил, у природі яких гравітаційна або електромагнітна взаємодія

Формування предметної компетентності та світогляду учня, демонстрування зв'язку природничих наук з гуманітарними, формування культурної складової розвитку учнів

Учні згадують про різні види взаємодії у природі, при перегляді відеофрагментів визначають сили, які були продемонстровані, та зіставляють їх з видами взаємодії

Для розкриття 2-6 питань плану учитель також використовує інтерактивний плакат до уроку, відеофрагменти, викладає навчальний матеріал у вигляді лекції

Формування самоосвітньої компетентності: вміння слухати та запам'ятовувати навчальний матеріал, опанування нових способів вивчення матеріалу, формування вмінь написання конспекту та використання опорних сигналів та умовних позначок для скорочення записів

Учні конспектують навчальний матеріал, беруть участь в обговоренні запропонованої вчителем інформації, задають питання щодо незрозумілої частини навчального матеріалу

На початку лекції учитель нагадує учням алгоритм вивчення будь-якого закону.

Алгоритм вивчення фізичних законів

1. Що встановлює, визначає, затверджує?

2. Ким і коли відкрито?

3. На підставі яких даних сформульовано?

4. Які фізичні величини охоплює?

5. Якою формулою виражається?

6. Окремі випадки прояву закону.

7. Дослідне підтвердження.

8. Межі застосування закону.

9. Застосування закону на практиці.

10. Формулювання закону.

2. Передумови для відкриття закону всесвітнього тяжіння

Кожна людина відчуває силу тяжіння до Землі, завдяки якій люди можуть ходити, бігати й стрибати. І саме ця сила діє на людей, коли вони падають, спіткнувшись або посковзнувшись.

Так чому Земля притягує до себе тіла? А які причини викликають рух Місяця навколо Землі практично по коловій орбіті? І чому планети Сонячної системи, зокрема і наша Земля, рухаються навколо Сонця? Першим ученим, який спочатку висловив гіпотезу, здатну відповісти на ці та багато інших «ЧОМУ?», а потім і довів її, був сер Ісаак Ньютон.

Ісаак Ньютон сформулював закон всесвітнього тяжіння, спираючись на астрономічні дані про рух планет Сонячної системи.

3. Розрахунок сили всесвітнього тяжіння

Він припустив, що між будь-якими тілами існують сили тяжіння і, наприклад, падіння гарматного ядра на Землю і рух Місяця по своїй орбіті визначається силою тяжіння Землі. Щоб встановити закон, якому підпорядковуються сили тяжіння, Ньютон порівняв траєкторії і прискорення цих тіл. Так, ядро, яке вилітає з деякою швидкістю з гармати, рухається до Землі по криволінійній траєкторії. Якщо збільшити швидкість вильоту ядра, то дальність польоту, природно, збільшиться.

Через кривину поверхні Землі при певній початковій швидкості ядро взагалі може не досягти Землі і почне рухатися навколо неї, подібно до Місяця.

З цього уявного експерименту Ньютон зробив важливий висновок, що рух ядра і рух Місяця зумовлені однією і тією ж причиною — тяжінням Землі.

За відомими астрономічним даними (відстані до Місяця і періоду його обертання навколо Землі) можна було визначити доцентрове прискорення Місяця. Обчислене таким чином прискорення виявилося рівним

Це приблизно в 3600 разів менше, ніж прискорення вільного падіння каменя, що рухається біля поверхні Землі.

Оскільки Місяць приблизно в 60 разів далі від центру Землі, ніж ядро, то Ньютон припустив, що прискорення, яке надає тілам сила тяжіння Землі, обернено пропорційне квадрату відстані до центра Землі.

Оскільки прискорення прямо пропорційне силі, що діє на тіло, то сила тяжіння Землі також за величиною обернено пропорційна квадрату відстані до її центра:

Досліди Галілея довели, що прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла, що падає. А це можливо тільки в тому випадку, якщо сила тяжіння пропорційна масі.

З іншого боку, відомо, що у взаємодії завжди беруть участь два тіла, на кожне з яких, за третім законом Ньютона, діють однакові за модулем сили. Отже, сила тяжіння повинна бути пропорційна масі обох тіл. Ньютон дійшов висновку про те, що сила тяжіння між тілом і Землею пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між їх центрами.

На сьогодні прийнято таке формулювання закону всесвітнього тяжіння:

· Дві матеріальні точки притягуються одна до одної з силами, модулі яких прямо пропорційні добутку мас цих точок і обернено пропорційні квадрату відстані між ними.

Коефіцієнт пропорційності G називають гравітаційною сталою

Закон всесвітнього тяжіння має межі застосування. Цей закон є істинним для однорідних тіл, які мають форму кулі, його можна використовувати для матеріальних точок, а також він прийнятний для однорідної кулі, що має великий радіус, де ця куля може взаємодіяти з тілами, набагато меншими, ніж її розміри. Також кулі можуть мати центрально симетричний розподіл густини.

4. Визначення гравітаційної сталої

Складність полягає в тому, що гравітаційні сили між тілами невеликих мас украй малі. Саме з цієї причини ми не помічаємо тяжіння нашого тіла до навколишніх предметів і взаємне тяжіння предметів один до одного, хоча гравітаційні сили — найбільш універсальні з усіх сил в природі. Дві людини масами по 60 кг на відстані 1 м одна від одної притягуються з силою всього лише близько 10-9 Н. Тому для вимірювання гравітаційної сталої потрібні досить тонкі досліди.

Уперше гравітаційну сталу виміряв англійський фізик Р. Кавендіш у 1798 р. за допомогою приладу крутильні ваги. Схему крутильних ваг показано на рисунку. На тонку пружну нитку підвішено легке коромисло з двома однаковими тягарцями на кінцях. Поруч нерухомо закріплено дві важких кулі. Між тягарцями і нерухомими кулями діють сили тяжіння. Під впливом цих сил коромисло повертається і закручує нитку. За кутом закручування можна визначити силу тяжіння. Для цього треба тільки знати пружні властивості нитки. Маси тіл відомі, а відстань між центрами тіл, що взаємодіють, можна безпосередньо виміряти. Саме з цих дослідів Г. Кавендіш і визначив значення гравітаційної сталої.

5. Прискорення вільного падіння

Історично склалося, що силою тяжіння називають силу, з якою Земля притягує до себе тіло: F = mg.

У записаній формулі маса цього тіла — величина постійна, і, отже, силу тяжіння визначає прискорення вільного падіння.

Згідно із законом всесвітнього тяжіння прискорення вільного падіння поблизу поверхні Землі залежить тільки від маси планети і від її радіуса, і тому його модуль однаковий для всіх тіл.

Якщо висотою тіла над поверхнею Землі знехтувати не можна, то модуль прискорення вільного падіння буде тим меншим, чим далі тіло від поверхні.

Тому часто для прискорення вільного падіння поблизу поверхні вводять індекс «0», а для прискорення вільного падіння на деякій висоті від поверхні — індекс «h».

Розглянемо, які ще чинники впливають на модуль прискорення вільного падіння, наприклад, поблизу певної точки земної поверхні.

По-перше, це те, що планета не є кулею. Форма Землі на честь грецького імені Гея носить назву «геоїд», бо радіус кривини її поверхні біля полюсів більший, ніж на екваторі.

По-друге, планета неоднорідна за будовою. Вона складається з різних шарів, у яких є області різної густини, наприклад, поклади нафти, газу або важких металів.

По-третє, не враховується добове обертання Землі.

По-четверте, при розрахунках прискорення вільного падіння, не враховується гравітаційна взаємодія Землі з іншими космічними тілами: Місяцем, Сонцем та іншими планетами.

Саме тому модуль прискорення вільного падіння відрізняється для різних точок на поверхні нашої планети. Стандартне значення прискорення вільного падіння було визначено як «середнє» в якомусь сенсі на всій Землі, воно приблизно дорівнює прискоренню вільного падіння на широті 45,5° на рівні моря.

При вирішенні більшості завдань, якщо в умові нічого не сказано про форму планети, її будову і параметри обертального руху, використовують найпростішу модель гравітаційної взаємодії і формули, вважаючи планету ідеальною кулею.

У фізичних задачах на рух космічних тіл, як правило, розглядають спрощену модель руху і враховують лише найбільшу з гравітаційних сил, що діє на космічне тіло. Наприклад, зазвичай вважають, що Земля рухається по своїй орбіті тільки під дією тяжіння Сонця. А Місяць рухається навколо Землі тільки під дією земного тяжіння.

6. Значення закону всесвітнього тяжіння

Як ви вже здогадалися з інформації, наданої на цьому уроці, закон всесвітнього тяжіння є основою у вивченні небесної механіки. А як ви знаєте, небесна механіка вивчає рух планет.

Завдяки закону всесвітнього тяжіння з’явилася можливість у більш точному визначенні розташування небесних тіл та можливість обчислення їхньої траєкторії.

За допомогою цього закону можна розрахувати і рух штучних супутників Землі, а також інших створених міжпланетних апаратів.

За допомогою цього закону Ньютон зміг пояснити не тільки те, як рухаються планети, але і чому виникають морські припливи і відливи. Завдяки працям Ньютона астрономам вдалося відкрити такі планети Сонячної системи, як Нептун і Плутон.

Важливість відкриття закону всесвітнього тяжіння полягає в тому, що з’явилася можливість робити прогнози сонячних і місячних затемнень і з точністю розраховувати рух космічних кораблів.

Сили всесвітнього тяжіння є найбільш універсальними з усіх сил природи. Адже їх дія поширюється на взаємодію між будь-якими тілами, що мають масу. А як відомо, будь-яке тіло має масу. Сили тяжіння діють крізь будь-які тіла, бо для сил тяжіння немає перешкод.

V. ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ УЧНІВ 7-8 хв

Діяльність учителя

Компетентності

Діяльність учнів

Учитель пропонує запитання, умови 1-2 задач, виправляє неправильні відповіді

Формування швидкості та оперативності мислення, розвиток пам'яті та уваги, розвиток математичної компетентності — формування вмінь перетворювати формули, знаходити числові значення математичних виразів

Учні дають відповіді на запитання, з'ясовують незрозумілі питання, розв'язують задачі на застосування закону всесвітнього тяжіння

1. Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння. Чому дорівнює гравітаційна стала, у яких одиницях вона вимірюється? Від чого не залежить гравітаційна стала?

2. Чому дві людини не відчувають гравітаційного притягання одна до одної?

3. Дайте визначення сили тяжіння. Чи залежить сила тяжіння від маси тіла?

4. Чому дорівнює прискорення вільного падіння, у яких одиницях воно вимірюється, за якою формулою його розраховують?

5. Від яких величин залежить і від яких не залежить прискорення вільного падіння? Чому сила тяжіння на екваторі Землі менша, ніж на полюсах?

6. Яке тіло називають супутником? Від чого залежить форма орбіти супутника?

Задача 1

На якійсь планеті, густина речовини якої ρ, тіло на полюсі важить в n разів більше, ніж на екваторі. Визначте період обертання планети навколо своєї осі.

Задача 2

Чому дорівнює доба на планеті, що має розмір і масу Землі, але обертається навколо своєї осі з такою швидкістю, що сила ваги на екваторі дорівнює нулю?

VI. РЕФЛЕКСІЯ

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Вивчити відповідний параграф підручника, відповісти на запитання після параграфа, виконати завдання за задачником.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити