Тема урока: Сила тяжести. Сила тяжести на различных небесных телах

  • Кузьмичева Тамара Юрьевна, заместитель директора по УВР, учитель физики

Цели и задачи урока:

  1. В деловой игре ввести понятие о силе
    тяготения, силе тяжести.
  2. Формировать правильное научное мировоззрение.
  3. Создать условия для получения и обобщения
    большой информации, а, именно, решения
    комплексной задачи усвоения нового материала о
    силе гравитации, силе тяжести, силе тяжести на
    различных небесных телах.
  4. Формировать общеучебные умения и навыки через
    участие в деловой игре (решение задач, сравнение
    и анализ полученных данных).
  5. В ролевой игре дать возможность каждому
    обучающемуся проявить себя в той или иной
    профессии.

Длительность: 1–2 урока.

Место и роль в курсе физики:

  • изучение нового материала, имеющего важное
    прикладное и большое мировоззренческое
    значение.

Дата проведения: ноябрь (II четверть).

Оборудование урока:

  1. Портрет И.Ньютона.
  2. Фотографии первого космонавта Ю.А.Гагарина,
    первых космонавтов – туристов: Дениса Тито
    (мужчина), Аньюши Ансари (женщина), фотографии
    планет Солнечной системы.
  3. Мультимедийный проектор, компьютер.

Портрет Исаака Ньютона Первый земной космонавт
Ю.А.Гагарин


Первый космонавт-турист
Денис-Тито

Первая женщина-космонавт-турист
Аньюша Ансари


Планеты Солнечной системы

Оформление доски:

  • название фирмы “ ДЗЕРЖИНСК–ВСЕЛЕННАЯ–ТУР”.
  • таблица с физическими параметрами некоторых
    тел Солнечной системы.

Название космического тела R – радиус М – масса
1. Луна (спутник Земли) 1,7 х 10 6 м 7 х 10 22 кг
2. Венера 6 х 10 6 м 5,2 х 10 24 кг
3. Марс 3,3 х 10 6 м 6,4 х10 23 кг
4. Юпитер 7 х 10 7 м 1,9 х 10 27 кг
5. Сатурн 6 х 10 7 м 5,7 х 10 26 кг
6. Церера (астероид) 1 х 10 6 м 3 х 10 20 кг
7. Земля 6,4 х 10 6 м 6 х 10 24 кг

Оценки за урок:

  • старший менеджер – “ 3”;
  • менеджер первой категории – “ 4”;
  • менеджер высшей категории – “5”.

ХОД УРОКА

1. Вступление – организационно-ситуативный
момент.

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились
с новой физической величиной – понятием СИЛА, СО
СВОЙСТВАМИ СИЛЫ, С ВИДАМИ СИЛ.

Дайте краткую характеристику этих знаний.

Ответ у доски: Сила – это физическая
величина, характеризующая действие одного тела
на другое.

У силы есть три характеристики:

точка приложения F;
направление;
модуль (величина) силы (см. рисунок).

Силы бывают: гравитационные, электромагнитные
(упругие, трения….), ядерные…

Учитель: Сегодня мы более подробно
узнаем о силе тяготения, о силе тяжести и
используем эти знания в рекламных целях.

Пусть сейчас вы – туристические менеджеры
туристического агентства “
Дзержинск–Вселенная–тур”. Направление вашей
деятельности – реклама.

От того, как вы справитесь со своими задачами,
зависит ваша оценка – ваша должность:

Старший менеджер – “3”.
Менеджер первой категории – “4”.
Менеджер высшей категории – “5” .

Какие же это задачи?

В 1961 году на орбиту вышел космический корабль с
человеком на борту. Это был Ю.А. Гагарин (см. фото).

Казалось, совсем недавно сбылась мечта
известного миллионера Дениса Тито (см. фото) –
увидеть нашу планету Земля из космоса. Он не
пожалел 20 миллионов долларов и был в восторге:

от прекрасной планеты Земля;
от наших русских парней-космонавтов, которые
встречали его на борту МКС.

Сегодня на очереди более 30
миллионеров-“экстремалов”, мечтающих попасть в
космос. На борту Международной космической
станции уже работала и первая женщина-турист
Аньюша Ансари (см. фото).

Задание:

Найдите интересные места в ближайшей Вселенной
для космических туристов и оцените условия для
их проживания (прежде всего с точки зрения их
пригодности для передвижения).

Но сначала к вам вопросы:

Как выглядит наша ближайшая Вселенная? Какая
научная модель ее описывает?

Ответы обучающихся – о гелиоцентрической
системе мира с использованием рисунка (см. на
доске).

2. Опережающие задания для некоторых
менеджеров:

1) О законе всемирного тяготения.

(Рассказывает первый менеджер)

Нашим Мегамиром – миром нашей Вселенной –
управляет закон Всемирного тяготения, иначе
закон гравитации.

300 лет тому назад английский ученый Исаак
Ньютон открыл красивый закон, которому
подчиняется поведение всех тел нашей Вселенной:

Сила, с которой притягиваются друг к
другу тела , прямо пропорциональна произведению
их масс и обратно пропорциональна квадрату
расстояния между ними.

(Записи в тетрадях учащихся)

F = GМ x m/ r2 F

где G = 6,7 х 10-11 Н х м2 /кг2
постоянная всемирного тяготения

Иначе закон можно представить так:

F = ( G х М/R 2)хm , где М – масса планеты, m –
притягивающееся к планете тело.

2) Сила тяжести.

(Рассказывает второй менеджер)

Сила, с которой планета притягивает к себе
другие тела, называется силой тяжести. Иначе, это
F = gm, где g = G х М/R2 , а М – масса планеты, R –
радиус планеты.

Значит, для каждой планеты есть свое g –
ускорение свободного падения.

Рассчитаем его для планеты Земля. Используем
данные для массы и радиуса Земли из приведенной
на доске таблицы.

После подробных расчетов получаем, что g = 9,8 Н/кг
или g = 9,8 м/с 2.

Значит, тело массой m = 1 кг притягивается к Земле
с силой F = 9,8 Н.

3) Сведения об ученом Исааке Ньютоне.

(Рассказывает третий менеджер, используя
фотографию ученого, приводится расширенный
вариант биографии Ньютона, который обучающийся
при рассказе должен сократить.)

Ньютон

Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в деревне
Вулсторп, в 75 км от Кембриджа. Высшее образование
он получил в Кембридже, где наибольшее влияние
оказал на него профессор математики Исаак Барроу
(1630–1677). В конце 60-х годов Ньютон сделался его
преемником по кафедре, которую он занимал свыше 30
лет. 70-е и 80-е годы были для Ньютона временем
наибольшего творческого подъема, когда он сделал
основные свои открытия в области математики,
механики и оптики. Последние десятилетия своей
жизни Ньютон прожил в Лондоне, где с 1696 г.
заведовал монетным двором, а в 1703 г. был избран
президентом Королевского общества. Он умер 31
марта 1727 г. и погребен в Вестминстерском
аббатстве. Его классический труд
“Математические начала натуральной философии”
вышел первым изданием в 1687 г.

“Начала” в очень законченной,
последовательной и четкой форме отразили новые,
получившие уже значительное распространение
черты научного творчества. В предисловии Ньютона
к первому изданию “Начал” говорится о задачах
естествознания. Прежде всего, заявляет Ньютон,
необходимо, наблюдая конкретные явления
движения, отыскать силы — причины этих движений,
затем нужно, исходя из найденных сил, вывести
конкретные движения. В первой книге “Начал”
трактуется движение тел под влиянием
центральных сил, во второй книге — движение в
сопротивляющейся среде, в третьей книге (“О
системе мира”) из формулированных ранее законов
выводятся силы взаимного тяготения небесных тел
и их движения. Законы движения, сформулированные
в “Началах”, включают: 1) закон инерции (“всякое
тело продолжает удерживаться в своем состоянии
покоя или равномерного и прямолинейного
движения, пока и поскольку оно не принуждается
приложенной силой изменить это состояние”); 2)
закон пропорциональности, согласно которому
ускорение пропорционально силе, и 3) закон
равенства действия и противодействия. Из этих
законов Ньютон выводит стройную систему
следствий. Он дополняет их не менее знаменитым
законом тяготения. Ньютон доказал, что сила
тяжести, наблюдающаяся на земле, – это та же сила,
которая удерживает Луну на постоянной орбите при
ее движении вокруг Земли, и та же сила, которая
удерживает Землю на эллиптической орбите при ее
вращении вокруг Солнца; что эта сила удерживает
на эллиптических орбитах и все остальные
небесные тела; что она пропорциональна массам
тяготеющих тел и обратно пропорциональна
квадрату расстояния между ними. Многие ученые XVII
в. подходили к мысли об универсальном значении
силы тяжести, но только Ньютон первый четко
сформулировал ее, доказал строгими вычислениями
и вывел из закона тяготения уже известные,
установленные Кеплером законы небесной
механики.

“Начала”, особенно второе издание,
появившееся в 1713 г., с резким антикартезианским
предисловием Котса, вызвали ожесточенную борьбу
в европейском естествознании. Картезианцы не
сдавали своих позиций без боя. Но ньютоновское
учение одерживало все более решительные победы.
В Англии оно было признано сразу же. Ньютоновская
механика, вызванная к жизни развитием прикладных
механических знаний, сама стала рычагом
дальнейшего технического прогресса. С другой
стороны, господствующие классы Англии видели в
ньютоновском учении оружие для защиты религии. В
предисловии Котса ко второму изданию “Начал”
говорится, что “превосходнейшее сочинение
Ньютона представляет вернейшую защиту против
нападок атеистов” и что “нигде не найти лучшего
оружия против этой нечестивой шайки, как в этом
колчане”. В “Началах” Ньютона действительно
содержится немало теологических деклараций и
построений, например, о “первоначальном
божественном толчке”, приведшем, по его мнению, в
движение Вселенную. Но вопреки теологическим
тенденциям в мировоззрении самого Ньютона из его
научных идей были вскоре сделаны
антитеологические, материалистические выводы. В
30-е годы XVIII в. остроумная, живая и боевая
популяризация ньютоновского учения в
“Философских письмах” Вольтера показалась
настолько опасной католической церкви, что эта
книга в 1734 г. по решению парижского парламента
была сожжена рукой палача.

3. Организация самостоятельной деятельности
учащихся
.

Куда же могут лететь наши туристы? В каких
условиях им придется там находиться?

Задание: рассчитайте силу тяжести на
заданных космических телах и оцените общие
физические условия на этих космических телах.

Луна – Юпитер

Венера – Сатурн

Марс – Церера (из пояса астероидов)

Для этого получите сначала величину ускорения
свободного падения, а затем, принимая среднюю
массу космонавта 80 кг, рассчитайте силу тяжести
на данном космическом теле.

Дайте рекламу ваших туристических зон
космического экстремального отдыха (то есть
расскажите об особенностях данной планеты или
спутника планеты).

Учащиеся разбиваются на смешанные группы и по
формулам для расчета g и F тяжести приступают к
расчетам. Кроме конкретных расчетных данных они
должны еще рассказать о физических условиях на
этих космических телах, вспомнив сведения о них с
уроков “Природоведения” и используя
дополнительные справочные данные.

По мере готовности начинается защита групп по
заданным вопросам. Защиту проводят лидеры групп.
В итоге на доске и в тетрадях учащихся появляется
приблизительно следующая таблица:


Космическое тело g F тяжести Физические особенности
Земля 9,8 Н/кг (м/с2 ) 800 Н Атмосфера, вода, жизнь
Луна 1,6 Н/кг (м/с2) 128 Н Нет атмосферы, воды, жизни, кратеры,
резкий перепад температур
Венера 8,7 Н/кг (м/с2) 696 Н Нет кислорода, но плотная атмосфера;
Темп. + 480 град.; давление 200 атм.
Марс 3,9 Н\кг (м\с2 ) 312 Н Много в разреженной атмосфере
углекислого газа, темп. близка к О град.
Юпитер 25 Н\кг (м\с2) 2000 Н Температура – -200,нет твердой
поверхности, много больших спутников
Сатурн 11 Н\кг (м\с2 ) 880 Н Температура – 230 град., кольца, много
больших спутников
Церера (самый крупный астероид) 0,02 Н\ кг(м\с2 ) 1,6 Н Неправильная форма, нет атмосферы,
очень мал. радиус

4. Итоги урока подводят сами учащиеся.

Они хорошо видят разницу в физических условиях
на приведенных космических телах. Но, главное,
понимают физический смысл и значение силы
тяжести и ускорения свободного падения.

5. В заключение, наивный вопрос учителя:

– Можно ли осуществить полет космическим
туристам на Меркурий, на Солнце?

(Учащиеся живо отвечают на эти вопросы)

6. Оценки за урок – это присвоение категорий
менеджера учащимся класса.

7. Домашнее задание:

  1. Выучить конспект “ Закон всемирного
    тяготения. Сила тяжести”.
  2. Рассчитать ускорение свободного падения и силу
    тяжести сгустка плазмы протуберанца массой 100
    млн. т вблизи поверхности Солнца.
  3. В.И. Лукашик “Сборник задач по физике” № 340.
  4. А.П.Рымкевич “Физика” Задачник 10–11 № 169,172.