Конспект по теме «Закон всемирного тяготения»

Цель урока : Изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость.

Задачи урока:

1. Образовательные:

сформировать понятие гравитационных сил, добиться усвоения закона всемирного тяготения, познакомить с опытным определением гравитационной постоянной;

2. 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.

3. 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:

1. Организационный (1мин.)

2. Повторение изученного материала (5мин.)

3. Изучение нового материала (20мин.)

4. Самостоятельная работа (12-14мин.)

5. Домашнее задание (1мин.)

6. 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.)

• Первый закон Ньютона (существуют такие системы отсчета, относительно которых тело (материальная точка) при отсутствии на нее внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.)

• 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.

Fтр1

N

N

Л

Изобразите силы действия и противодействия в случае взаимодействия тел

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:

1. Однородных шаров.

2. Для материальных точек.

3. Для сферической формы.

Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах, а для окружающих нас макротел сила взаимодействия очень мала.

Внимание!

1. Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.

2. 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).

3. В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.

Проанализируем закон:

1. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей тела.

2. 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.

4