Конспект по теме «Закон всемирного тяготения»
Цель урока : Изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость.
Задачи урока:
Образовательные:
сформировать понятие гравитационных сил, добиться усвоения закона всемирного тяготения, познакомить с опытным определением гравитационной постоянной;
Воспитательные:
прививать интерес к физике и истории физики;
показать роль мысленного эксперимента в научном познании;
воспитывать чувство взаимопомощи и внимания друг к другу, умение работы в паре и в группе.
Развивающие:
развивать у учащихся умения и навыки сравнения, анализа причинно-следственных связей;
формировать способности объединять разрозненные факты в единое целое.
развивать логику мышления, в целях формирования научного мировоззрения.
Оборудование к уроку:
Компьютер, видеопроектор, экран, презентация.
Этапы учебного занятия:
Организационный (1мин.)
Повторение изученного материала (5мин.)
Изучение нового материала (20мин.)
Самостоятельная работа (12-14мин.)
Домашнее задание (1мин.)
Подведение итогов (1мин.)
1. Приветствие
2. Начнем с того, что мы уже знаем. Вспомним и ответим на следующие вопросы:
Перечислите основные физические величины динамики? (Масса, сила.)
Что такое масса тела? (Физическая величина, количественно характеризующая свойства тел приобретать разные скорости при взаимодействии, то есть характеризующая инертные свойства тела.)
Какую физическую величину называют силой? (Сила – физическая величина, количественно характеризующая внешнее воздействие на тело, в результате которого оно приобретает ускорение или деформируется.)
Второй закон Ньютона (Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела.).
Третий закон Ньютона – закон взаимодействия. (Тела действуют друг на друга силами, равными по величине и противоположными по направлению. Пояснения к закону: 1) силы не компенсируют друг друга, так как приложены к разным телам; 2) пара сил взаимодействия всегда одной природы.)
Приведите пример взаимодействия тел и опишите пару сил взаимодействия между ними.
Изобразите силы действия и противодействия в случае взаимодействия тел Fтр1
N
N
Л
![]()
![]()
Fn
Fтр2
T
З
P
P
P
Р – вес тела, N – реакция опоры,
Т – натяжение Fn – сила притяжения
Fтр1 – приложено к бруску
Fтр2 – к наклонной плоскости
Мы повторили основные понятия, которые помогут нам изучить тему занятия.
3.(На доске или экране вопросы и рисунок.)
Сегодня мы должны ответить на вопросы:
почему наблюдается падение тел на Земле?
почему планеты движутся вокруг Солнца?
почему Луна движется вокруг Земли?
Согласно II закону Ньютона, тело движется с ускорением только под действием силы. Сила и ускорение направлены в одну сторону.
ОПЫТ. Шарик поднять на высоту и выпустить. Тело падает вниз. Мы знаем, что его притягивает к себе Земля, то есть на шарик действует сила тяжести.
А только ли Земля обладает способностью действовать на все тела с силой, которую называют силой тяжести?
Исаак Ньютон
В 1667 году английский физик Исаак Ньютон высказал предположение о том, что вообще между всеми телами действуют силы взаимного притяжения.
Их называют теперь силами всемирного тяготения или гравитационными силами.
Итак: между телом и Землей, между планетами и Солнцем, между Луной и Землей, между всеми телами действуют силы всемирного тяготения, обобщенные в закон.
Все тела взаимодействуют друг с другом силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Закон справедлив для:
Однородных шаров.
Для материальных точек.
Для сферической формы.
Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах, а для окружающих нас макротел сила взаимодействия очень мала.
Внимание!
Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.
В случае взаимодействия трех и более тел задачу о движении тел нельзя решить в общем виде. Требуется учитывать "возмущения", вызванные другими телами (открытие Нептуна Адамсом и Леверье в 1846 г. и Плутона в 1930).
В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.
Проанализируем закон:
Сила направлена вдоль прямой, соединяющей тела.
G - постоянная всемирного тяготения (гравитационная постоянная). Числовое значение зависит от выбора системы единиц.
G = 6,67·10–11 Н·м2/кг2 = 6,67·10–11 м3/кг·с2 –гравитационная постоянная.
Гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей на тело массой 1 кг, со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между ними, равном 1 м.
Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1788 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Г. Кавендиш закрепил два маленьких свинцовых шара (диаметром 5 см и массой 775 г каждый) на противоположных концах двухметрового стержня. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. Два больших свинцовых шара (20 см диаметром и массой 45,5 кг) близко подводились к маленьким. Силы притяжения со стороны больших шаров заставляли маленькие перемещаться, при этом проволока закручивалась. Степень закручивания была мерой силы, действующей между шарами. Эксперимент показал, что гравитационная постоянная
G = 6,66 · 10-11 Н·м2/кг2.
Схема опыта Кавендыша.
Схематическое изображение крутильных весов Г. Кавендыша
Исаак Ньютон произвел первые расчеты. Чтобы объяснить движение Луны, ему пришлось предположить, что сила тяготения Земли убывает с расстоянием. Если расстояние увеличивается в 2 раза, то сила уменьшается в 4 раза, а если расстояние увеличивается в 10 раз, то сила уменьшается в 100 раз (говорят, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния).
По его гипотезе между всеми телами Вселенной действуют силы притяжения (гравитационные силы), направленные по линии, соединяющей центры масс. У тела в виде однородного шара центр масс совпадает с центром шара.
2
