Сила Всемирного тяготения

Тема урока: «Сила всемирного тяготения»

Цель урока: сформировать у учащихся представление о строении Солнечной системы и законе всемирного тяготения.

Воспитательные цели: содействовать формированию познаваемости окружающего мира и природы

Развивающие цели: продолжить формирование у школьников познавательного интереса путем вовлечения в обсуждение проблемных ситуаций при изучении нового материала.

Оборудование:

1. Видеофрагмент «Сила всемирного тяготения»;

2. Таблица «Сила всемирного тяготения»;

3. DVD – диск.

План урока

1. Лекция «Сила всемирного тяготения»

1. Введение. Виды сил в природе.

2. Теория Аристотеля и Коперника.

3. Вывод закона всемирного тяготения.

4. Свойства сил всемирного тяготения.

5. Гравитационная постоянная.

6. Сила тяжести и ускорение свободного падения.

7. Заключение.

1. Домашнее задание

2. Закрепление.

Литература. 1) М. Колтун «Мир физики».

2) Воронцов-Вельяминов «Очерки о Вселенной».

3) А.А. Гурштейн «Извечные тайны неба».

Ход урока

1. Введение. Виды сил в природе.

Сегодня мы проводим урок-лекцию, посвященную силе всемирного тяготения. Ваша задача: разобраться в особенностях этой силы и понять формулу определения силы всемирного тяготения, отметив, от чего и как зависит эта сила.

При изучении физики мы называем огромное количество сил. Это сила трения, сила тяжести, сила упругости, магнитная сила, электрическая сила и т.д. Но все эти силы делятся на две группы: электромагнитные и силы всемирного тяготения.

Сегодня мы подробно изучим силы всемирного тяготения.

Вопрос. Что вам известно о силе всемирного тяготения?

Между всеми телами во Вселенной существуют силы взаимного притяжения – это силы всемирного тяготения или гравитационные силы.

Вопрос. Какие примеры можно привести, которые подтвердят проявление гравитационных сил?

Наличие Солнечной системы и скопления звезд в Галактиках. Но притягиваются и мельчайшие частицы в космическом пространстве и галактики.

Вопрос. Как вы думаете, от чего зависит сила всемирного тяготения? В каких случаях она проявляется в большей степени?

Проявление сил существенно для огромных тел, т.е. она зависит от массы тел (чем больше масса тел, тем больше сила всемирного тяготения).

Рассмотрим основные теории строения нашей Солнечной системы, т.к. благодаря силам всемирного тяготения планеты движутся определенным образом.

1. Теория Аристотеля и Коперника.

Теория строения нашей Солнечной системы возникла в связи с продолжительными наблюдениями за движением небесных светил, планет.

Одна из теорий была разработана Аристотелем. Это мыслитель широчайшего кругозора, живущий в IV веке до н.э. Его теория строения мира отвечала религиозным представлениям об исключительности Земли и людей, поэтому она и оказалась жизнеспособной многие века. В связи с дальнейшими наблюдениями стало ясно, что теория Аристотеля несостоятельна, и во II веке н. э. известный астроном Клавдий Птолемей, живший в Александрии, опираясь на труды Аристотеля и своего предшественника Гиппарха, создал сложную систему движения планет. В центре хоровода планет была еще пока Земля, а все планеты вращались вокруг нее.

Около 14 столетий представления Птолемея и Гиппарха царствовали в астрономии. Вероятно, для неверных теорий – это рекорд. А причина этого рекорда, конечно, в поддержки церкви. Можно себе представить, на сколько человечество больше могло знать об окружающем мире, если бы не суеверия. Система Птолемея удовлетворяла практическим требованиям средневекового человека.

Когда великий Коперник высказал свою идею о необходимости поменять местами Землю и Солнце в системе планет, то его ученые-современники далеко не сразу с ним согласились.

В 1551 году, через 8 лет после смерти Коперника, вышла таблица движения планет, рассчитанная в соответствии с системой Коперника. Она полностью совпала с наблюдениями планет на небе.

Итак, теория Коперника получила распространение и признание.

Что же заставило планеты вращаться вокруг Солнца?

На этот вопрос ответил Исаак Ньютон. Он воспользовался и своими выводами по механике, и известными данными размеров Земли и Луны.

1. Вывод закона всемирного тяготения.

Тело, свободно падающее на Землю под действием силы притяжения с ускорением g = 9,8 м/с², находится от центра Земли на расстоянии 6400 км. Луна вращается вокруг Земли с периодом 27,32 дня = 2,36∙10⁶ с по орбите радиусом 384000 км = 60 R_з. Под действием гравитационного притяжения Земли Луна приобретает нормальное ускорение.

Найдем отношение ускорений, приобретаемых Луной и свободно падающими телом, находящимся от Земли на расстояниях, отличающихся в 60 раз:

Вопрос. Что это означает?

Это означает, что ускорение тела под действием гравитационной силы обратно пропорционально квадрату расстояния между телами.

Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе. Следовательно, сила гравитационного притяжения двух тел обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Так как все тела падают на Землю с постоянным ускорением g, то гравитационная сила, действующая на тело массой m, пропорциональна его массе, то сила, действующая на Землю, пропорциональна массе Земли. По третьему закону Ньютона эти силы равны по модулю.

Вопрос. Зависит ли гравитационная сила от массы тел?

Сила гравитационного взаимодействия тела и Земли пропорциональна произведению их масс.

Формулировка закона всемирного тяготения.

Между двумя любыми материальными точками действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению масс этих точек и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

1. Свойства сил всемирного тяготения.

1. Сила всемирного тяготения направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки, т.е. центры масс двух тел (эти силы центральные);

2. Это сила только сила притяжения;

3. Т.к. взаимодействуют каждые из двух тел, то по третьему закону Ньютона они направлены вдоль одной прямой и противоположно направлены;

4. Эти силы приложены к разным телам, поэтому они не могут друг друга компенсировать;

5. По природе эти силы гравитационные;

6. Эти силы нельзя экранировать;

7. Они действуют на любые тела Вселенной.

1. Гравитационная постоянная.

В законе всемирного тяготения G – гравитационная постоянная (коэффициент пропорциональности, (одинаковый для всех тел).

В 1798 году гравитационная постоянная была измерена английским физиком Генри Кавендишем с помощью крутильных весов.

G = 6,67 ∙ 10^-11 .

Физический смысл гравитационной постоянной.

Она численно равна силе гравитационного притяжения двух тел, массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

1. Сила тяжести (частный случай силы всемирного тяготения).

Вопрос. Что такое сила тяжести?

Сила тяжести – это сила, с которой тело притягивается к Земле. Эта величина зависит от массы тела – прямо пропорционально.

Коэффициентом пропорциональности является g – ускорение свободного падения. Из закона всемирного тяготения

g – ускорение свободного падения. Оно равно 9,8 м/с².

Вопрос. Но из предыдущей формулы видно от чего и как зависит эта величина?

1. Эта величина прямо пропорциональна массе планеты.

2. И она обратно пропорциональна квадрату радиуса планеты.

3. Эта величина зависит от плотности пород, залегающих в недрах в данном месте.

4. Эта величина еще зависит от высоты тела над планетой.

1. Заключение.

В заключении необходимо выделить основные идеи и понятия, рассмотренные во время лекции.

II. Домашнее задание.

В.А. Касьянов. § 21 – 22. Выучить формулы и свойства сил всемирного тяготения.

III. Закрепление.

Для закрепления изученного материала можно задавать вопросы на понимание пройденного материала по закону всемирного тяготения и ускорения свободного падения.