Цели урока:
а) Обучающая: изучение основных сил в природе
б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности
в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой
Задачи урока:
Изучить гравитационные силы, закон всемирного тяготения
Обеспечение урока:
«Физика 10» (авторы Дынич В.И., Толкачев Е.А и др.)
«Физика 9» (авторы Кикоин И. К., Кикоин А. К. и др.)
Ход урока:
1. Организационный момент – 1 мин
2. Анализ контрольной работы– 22 мин
3. Объяснение нового материала – 15 мин
4. Физкультурная минутка – 5 мин
5. Домашнее задание – 2 мин
Домашнее задание: стр. 30-32
Конспект урока:
Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения
Поднятое над Землей и предоставленное самому себе тело начнет падать. Оно изменяет свою скорость, следовательно, на него действует сила тяжести. Это явление наблюдается повсюду на нашей планете: Земля притягивает к себе все тела, в том числе и нас с вами.
Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Так как падающие тела движутся с ускорением, направленным вниз, то на них действует сила, направленная вниз, сила притяжения к Земле. Только ли Земля обладает свойством действовать на все тела силой притяжения?
В 1667 г. Исаак Ньютон высказал предположение, что вообще между всеми телами действуют силы взаимного притяжения. Теперь их называют силами всемирного тяготения или гравитационными силами.
Рассчитать гравитационные силы, или силы тяготения, позволяет закон всемирного тяготения. Если тела можно считать материальными точками, то закон формулируется следующим образом:
Два тела притягиваются друг к другу с силами, прямо пропорциональными произведению их масс и обратно пропорциональными квадрату расстояния между их центрами:
Если тела в задаче рассматриваются как материальные точки, то под R понимают расстояние между этими телами (радиус тел мал, и им пренебрегают).
Если тело находится на поверхности Земли или достаточно близко от нее, то R в формуле — это просто радиус Земли.
Почему же мы замечаем силу притяжения всех тел к Земле, но не замечаем взаимного притяжения между самими этими телами?
Ньютону удалось доказать, что сила притяжения между телами зависит от масс обоих тел и, как ока- оказалось, достигает заметного значения только тогда, когда тела (хотя бы одно из них) обладают достаточно большой массой.
В формулу, выражающую закон всемирного тяготения, входит постоянная G. Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной. Она имеет простой смысл. Если массы взаимодействующих тел m1 и m2 равны единице и расстояние R тоже равно единице, то, как видно из формулы , F численно равно G:
Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения двух тел массой 1 кг каждое при расстоянии между ними 1 м. Если переписать формулу в виде
G=(FR2)/( m1 m2)
, то из этого выражения видно, что единицей G является 1Н∙м2/кг2.
Что касается числового значения G, то оно может быть найдено только из опыта. Опыт состоит в том, чтобы
измерить силу притяжения двух тел известной массы при известном расстоянии между ними.
Такие опыты проводились много раз различными методами
Впервые гравитационная постоянная была определена экспериментально в конце XVIII в. английским ученым Кавендишем с помощью крутильных весов. Схема эксперимента показана на рисунке 1.
Рис. 1. Свинцовые шары массой m= 0,729 кг прикреплены к концам легкого коромысла, подвешенного за середину к упругой нити. Шары массой М= 158 кг установлены на подставке, поворотом которой можно изменять расстояние между большими и малыми шарами. Сила, с которой малые шары притягиваются к соответствующим большим шарам, определяется по углу закручивания нити.
Опытным путем было получено следующее значение гравитационной постоянной:
Как видно, О — очень малая величина. Именно потому, что значение G так мало, мы и не замечаем притяжения обычных тел, окружающих нас, и сами не испытываем к ним притяжения. Ведь даже два шара массой 1 т каждый, находящиеся на расстоянии 1 м один от другого, притягиваются друг к другу с силой, составляющей 6,67 стотысячных долей ньютона!
Силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей материальные точки. Если однородные тела имеют форму шара, то силы направлены вдоль линии, проходящей через центры шаров.
Дополнительный материал:
Закон всемирного тяготения был установлен И. Ньютоном путем обобщения результатов, полученных известными астрономами. Важную роль сыграли закономерности движения планет, обнаруженные немецким астрономом И. Кеплером (1571 — 1630) в результате обработки астрономических наблюдений информации датского астронома Тихо Браге. Кеплер сформулировал их в виде трех законов.
1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
2. Площади, описываемые радиусами-векторами планет за одно и то же время, равны.
3. Отношение квадратов периодов обращения планет (T) вокруг Солнца равно отношению кубов больших полуосей (а) их орбит:
Открытие закона всемирного тяготения выявило способность тела «гравитировать» — притягивать к себе и притягиваться к другим телам. Массу как количественную характеристику способности тел притягиваться друг к другу называют гравитационной массой. Масса, которую мы рассматривали ранее, — мера инертности тел, соответственно называется инертной массой. В пределах достижимой на сегодня точности эксперимента по сравнению инертной и гравитационной масс они равны.
Вопросы
1. Как изменится сила притяжения между двумя шарами, если один из них заменить другим, масса которого вдвое меньше? 2. Как изменится сила притяжения между двумя шарами, если расстояние между ними увеличить вдвое?
3. Почему мы не замечаем притяжения окружающих тел друг к другу, хотя притяжения этих же тел к Земле наблюдать легко?
4. Планеты движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Куда направлена сила тяготения, действующая на планеты со стороны Солнца? Куда направлено ускорение планеты в любой точке на орбите? Как направлена скорость?
| 
