Областное государственное бюджетное
профессиональное образовательное учреждение
«Ульяновский профессионально-педагогический колледж»
Методическая разработка учебного занятия по теме
«Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения»
Подусова М. Н.-
преподаватель
математики и физики
Ульяновск
2016
Содержание
Пояснительная записка…………………………… ………………… ..3 стр.
План проведения учебного занятия…………………………………. ..4 стр.
Ход занятия…………………………………………………………….. .6 стр.
Литература……………………………………………………………. ..11 стр.
Приложение 1…………………………………………………………..12 стр.
Приложение 2 ………………………………………………………… .14 стр.
1.Пояснительная записка
Много веков длится процесс познания окружающего мира. Огромный труд был затрачен учеными, и немалый труд предстоит затратить каждому молодому человеку для того, чтобы усвоить основы современной науки. Они нужны не только ученому и инженеру, но и рабочему и трактористу. Все в большей и большей мере люди на работе, да и дома управляют машинами и механизмами. Чтобы понять, как они работают, надо знать законы природы. Развитие наук о природе дало в руки человека современную технику, и это привело к преобразованию окружающего нас мира. Основную роль сыграла физика – важнейшая наука, изучающая самые глубокие законы природы.
Любые изменения в природе подчиняются определенным законам. Так, например, движение тел описывается законами классической механики, которые сформулировал английский ученый Исаак Ньютон. Он также открыл закон всемирного тяготения.
Решая задачи обучения и воспитания, необходимо опереться на разумное и нравственное в человеке. Поэтому учебное занятие, посвященное законам механики и гравитационным силам, рассматривается на примере жизни и деятельности английского ученого Исаака Ньютона, учит осмысленно подходить к проблеме, в интересной форме знакомит обучающихся с биографией ученого.
Занятие проходило в группе №14 «Контролер станочных и слесарных работ» в два этапа: предварительный, на котором проводилась подготовка к театрализованному представлению и основной. За две-три недели перед занятием группе обучающихся предлагалось подробно ознакомиться с биографией Ньютона и приготовить небольшие сценки, отражающие открытие основных законов динамики; придумать реквизит и костюмы для спектакля.
План занятия
«Гравитационная сила. Закон всемирного тяготения».
Педагогическая цель:
Сформировать у студентов потребность к саморазвитию, к самосовершенствованию, используя активные методы обучения.
Цели
обучения:
развития:
способствовать развитию у студентов физической картины мироздания;
научить четко и ясно излагать формулировки законов;
способствовать развитию интереса к физике через ролевые игры;
воспитания:
способствовать формированию у студентов общечеловеческих норм морали;
способствовать формированию коммуникативных качеств, культуры общения;
способствовать воспитанию аккуратности при решении задач.
Формируемые компетенции:
ОК2.1 (планирование деятельности)
ОК3.3 (оценка результатов деятельности)
оценивает продукт своей деятельности по характеристикам -1 уровень,
оценивает продукт своей деятельности на основе заданных критериев – 2 уровень.
ОК4.1 (поиск информации)
ОК4.2 (извлечение и первичная обработка информации)
ОК 6.1 (работа в группе)
Средства обучения:
компьютерная презентация;
Г.Я.Мякишев. Физика – учебник для 10 класса общеобр. учреждений: базовый и профильный уровни.-17 издание, - М.: Просвещение, 2008.
тексты с заданиями - по количеству студентов;
ручки, карандаши;
реквизит и костюмы для спектакля.
Методы обучения:
рассказ, упражнения, анализ конкретных ситуаций, демонстрация, ролевая игра.
Формы обучения:
Форма организации занятия:
Структура занятия: 45 мин.
1.Ценностно-мотивационно-ориентированная стадия 3 мин.
2.Обеспечивающая (информационно-обучающая) стадия а) Фронтальный опрос 5 мин.
б) Просмотр презентации о законах Ньютона. 5 мин.
в) Решение задач 10 мин.
г) Обсуждение задачи со слайда 7 мин.
д) Объяснение учителя. 15 мин.
3. Операционально-деятельностная стадия. 40 мин. а) Самостоятельная работа в парах 15 мин. б) Мини-спектакль (несколько сцен из жизни Ньютона). 25 мин.
4. Рефлексивно-оценочная стадия. 5 мин. а) Составление синквейна (пятистишия).
Ход занятия
1.Ценностно-мотивационно-ориентированная стадия. 3 мин.
Ребята, у нас необычное занятие. Сегодня мы с вами попробуем соединить свои знания по физике, математике и истории. Наша задача познакомиться с учёным-физиком и математиком, Исааком Ньютоном, узнать о его жизни, достоинствах и недостатках человеческой личности и научиться на его примере учению по физике, а также и по математике.
Учитель.
На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказывал: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.
Итак, запишем тему урока «Гравитационная сила. Закон всемирного тяготения».
2.Обеспечивающая (информационно-обучающая) стадия 42мин.
а) Фронтальный опрос (устно) и заполнение таблицы на доске 5мин.
б) Просмотр презентации о законах Ньютона (см. приложение 1) 5 мин.
в) Решение задач. 10 мин.
Учитель. 1) Автомобиль, трогаясь с места движется с ускорением 3м/с2. Какова скорость автомобиля через 4с? И какую силу развивает двигатель, если масса автомобиля 800кг?
Решение у доски.
Дано: Решение:
а=3м/с2 V=v0+ at, V= 0+3м/с2 4с=12м/с
t=4c F=ma, F=800кг 3м/с =2400Н
m=800кг
Найти V, F. Ответ: V=12м/с, F=2400Н
2) От высокой скалы откололся камень массой 4кг и стал свободно падать. Какую скорость он будет иметь через 3с от начала падения? Какова сила, действующая на него?
Дано: Решение:
g=9,8м/с2 V=v0+ gt, V=9,8м/с2 3с=30м/с g
t=3c F=mg, F=4кг 9,8м/с =40Н V Fтяж
m=4кг
Найти V, F. Ответ: V=30м/с, F=40Н
Какой закон Ньютона применялся в первой задаче? Его формулировка. (Второй закон Ньютона. Произведение массы тела на ускорение равно сумме действующих на тело сил).
Какая сила действует на камень во второй задаче? ( Сила тяжести).
г) Обсуждение задачи со слайда (см.приложение 1) 7 мин.
д) Объяснение учителя. 15 мин.
Картину устройства солнечной системы, объединяющую земную и небесную гравитацию, можно понять на простом примере. Предположим, вы стоите у края отвесной скалы, рядом с вами пушка и горка пушечных ядер. Если просто сбросить ядро с края обрыва по вертикали, оно начнет падать вниз отвесно и равноускоренно. Его движение будет описываться законами Ньютона для равноускоренного движения тела с ускорением g. Если теперь выпустить ядро из пушки в направлении горизонта, оно полетит — и будет падать по дуге. И в этом случае его движение будет описываться законами Ньютона, только теперь они применяются к телу, движущемуся под воздействием силы тяжести и обладающему некой начальной скоростью в горизонтальной плоскости. Теперь, раз за разом заряжая в пушку всё более тяжелое ядро и стреляя, вы обнаружите, что, поскольку каждое следующее ядро вылетает из ствола с большей начальной скоростью, ядра падают всё дальше и дальше от подножия скалы.
Теперь представьте, что вы забили в пушку столько пороха, что скорости ядра хватает, чтобы облететь вокруг земного шара. Если пренебречь сопротивлением воздуха, ядро, облетев вокруг Земли, вернется в исходную точку точно с той же скоростью, с какой оно изначально вылетело из пушки. Что будет дальше, понятно: ядро на этом не остановится и будет и продолжать наматывать круг за кругом вокруг планеты. Иными словами, мы получим искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли по орбите, подобно естественному спутнику — Луне. Итак, ньютоновское яблоко и описание движения спутника (Луны) по орбите, связывает одна причина - гравитационное воздействие и «земное» и «небесное». Вот это-то прозрение и позволило Ньютону связать воедино считавшиеся до него различными по своей природе две силы гравитационного притяжения.
Итак, Ньютон в 23года открыл закон всемирного тяготения.
Откройте учебник на стр. 84, прочитайте формулировку закона и запишите формулу.
«Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
F= G , где G = 6,67 10-11 Нм2//кг2 – гравитационная постоянная».
Пример: между учениками, сидящими за одной партой, действует сила тяготения, равная 10-9 Н, а между Землей и Луной- 2∙1020 Н.
Используя закон всемирного тяготения и второй закон Ньютона, было получено числовое значение первой космической скорости, т.е. минимальной скорости, которую надо сообщить телу на поверхности Земли, чтобы оно стало спутником Земли, движущимся по круговой орбите. Эту скорость находят по формуле.
V= , V=8км/с.
Такую скорость спутникам способны сообщать только достаточно мощные космические ракеты.
3. Операционально-деятельностная стадия. 40 мин.
а) Самостоятельная работа в парах 15 мин.
Каждой паре выдается лист, обсуждают, заполняют таблицу и решают одну задачу на закон Ньютона.
Название физической величины
Обозначение
Единица измерения
Формула или ее значение
1
Путь
2
Время
3
Скорость
∙
4
Ускорение
5
Ускорение свободного падения
∙
6
Масса
7
Сила
∙
8
Гравитационная постоянная
∙
9
Первая космическая скорость
∙
Задача. Реактивный двигатель в ступе Бабы Яги развивает силу тяги в 5 кН. Какое ускорение в вертикальном направлении может получить Баба Яга, если ее масса вместе со ступой 250 кг?
б) Мини-спектакль (несколько сцен из жизни Ньютона). 25 мин.
См. приложение 2 и приложение 3.
4. Рефлексивно-оценочная стадия. 5 мин. Студентам предлагается сочинить пятистишие (синквейн).
Тяготение
Всемирное, космическое.
Притягиваются, падают, двигаются.
Луна притягивается к Земле.
Притяжение.
Д/З Выучить закон всемирного тяготения, формулы и решить задачу №1 из упр 4 (учебник).
Литература:
Я. Голованов. Этюды об ученых. 2-е изд., доп. - М., Мол. гвардия, 1976.
С.В.Громов, Н.А.Родина. Физика. 7, 8, 9 класс. - М., Просвещение, 2001.
В.А.Касьянов. Физика 10,11 класс. - М., Дрофа, 2001.
Г.Я.Мякишев. Физика – учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений: базовый и профильный уровни.-17 издание, - М.: Просвещение, 2008.
А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике: для10-11 классов средней школы- 15 изд.- М: Просвещение, 1994.
Приложение 1
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Приложение 2
Мини-спектакль
Ведущий:
- Он родился вьюжной зимой 1643 года, после Рождества, когда метель особенно тоскливо выла в высоких каминных трубах Вулсторна.
Сценка 1. /Кэтрин - служанка//Джейн - служанка Ньютонов/
Кэтрин: Хэлло, Джейн! В такую погоду даже хорошие слуги плохих господ сидят дома.
Джейн: О, Кэтрин, как я с тобой согласна. В такую метель я бы тоже с удовольствием посидела на кухне, но моя хозяйка Анна Ньютон...
Кэтрин: Да, да! Я хорошо знаю твою хозяйку и поэтому хочу тебя спросить... Она скоро должна родить?
Джейн: Господи да ведь ты ничегошеньки не знаешь. Сегодня, в обед, у нее начались схватки, а четверть часа назад она родила сына.
Кэтрин: Так почему ты на улице? Куда ты направляешься?
Джейн: Меня послали сбегать в соседнюю деревню..,
Кэтрин: Что-то с матерью?
Джейн: Нет! С ее новорожденным сыном...
Кэтрин: Что такое?
Джейн: Понимаешь, он родился преждевременно и очень слабый. Когда я побежала, он едва дышал, и головка его безжизненно свисала на жаркую цыплячью грудку - тоненькая шейка не выдерживает тяжести...
Кэтрин: Господи! У этого Ньютона потомство такое слабое!
Джейн: Но это еще не все. Он родился такой маленький, что его можно искупать в пивной кружке...
Кэтрин: Бедная Анна! Ну, беги.
Джейн: Да, по-моему, можно не торопиться.... Я уверена, что его душа вознеслась на небеса
/Расходятся в разные стороны/.
Ведущий:
Но он как-то выжил и странно, за всю свою долгую жизнь почти никогда не болел, к 84 годам потерял лишь один зуб.
Он не знал своего отца, который умер до его рождения. Когда ему было 3 года, отчим с матерью уехали, а мальчик остался с бабушкой. Так они и жили - в маленьком сельском домике из серого камня, окруженном редким плетнем.
Он окончил сельскую школу и мог удовлетвориться этим, но, к счастью, родные послали его в Королевскую школу в Грэнтэм - маленький городок в десяти милях от родной деревушки. Поселился Исаак у дальнего родственника - аптекаря Кларка.
Сценка 2. /В доме аптекаря Кларка/
/Аптекарь Кларк/ /Жена аптекаря Луиза/
Кларк: Луиза! Вчера мой племянник Исаак опять обыграл меня в
шашки...
Луиза: Не только тебя, но и наших сыновей, и меня, и всех в школе: и
учеников и учителей!
Кларк: И никому не проиграл?
Луиза: Никому...
Кларк: Странно... Никогда не думал, что из него выйдет толк. Ты вспомни. Ведь в начале он был в школе на предпоследнем месте по успеваемости,
Луиза: Зато спокойный, не как наши шалопаи: на улице не бегал, не дрался, по крышам не лазил, не хулиганил. Сидит, мастерит всякие игрушки-безделушки.
Кларк: Вот за это наши сыновья его и невзлюбили. А когда он перед
школой спрятал их бутерброды, даже поколотили.
Луиза: Но и он не сдался; назло им стал лучшим учеником в классе. Видн,
Богом заложено...
Кларк: Что заложено, сомневаться не приходится. Ты помнишь его
коляску?
Луиза: Конечно. У нее было 4 колеса, и он, сидя в ней, ездил вокруг дома, нажимая на рычаги. Я чуть не умерла со страху, когда увидела первый раз.
Кларк: Надо посоветовать Анне, чтобы отдала его учиться дальше.
Может, из него выйдет какой-нибудь механик...
Луиза: Уж аптекаря из него точно не получится...
Кларк: Я его к аптеке и на милю не подпущу...
Луиза: Недавно я с Анной говорила об этом... Что с ним делать, она не
знает... Понимаешь, дела в имении его не интересуют, домой его не тянет.
Единственное, чем он любит заниматься - это читать, читать, читать...
Кларк: Скорей бы он уехал от нас, а то одних свечей сжигает на 2 фунта в
неделю...
Ведущий:
В Тринпи - колледже, в Кембридже, он живет как-то незаметно, сторонится веселых студенческих компаний, избегает вечеринок. Из-за отсутствия денег на учебу становится сайзером (сайзеры - бедные студенты, обучаемые бесплатно, прислуживающие мастеру колледжа или старшим членам учебного совета).
Учился он как-то тоже незаметно, средне, и невозможно проследить, как буквально за несколько лет происходит это сказочное превращение вчерашнего провинциального школьника в самостоятельного и оригинального исследователя.
Потом, спасаясь от ужасов чумы (в одном только Лондоне сожгли 31 тысячу трудов), он уезжает на два года в родную деревушку.
Сценка 3. /Большая чума/
/Кэтрин/ /Джейн//Сэм - слуга/
Кэтрин: Хэлло! Джейн! Хэлло, Сэм! Давненько Вас не видела. Что новенького у Вас в имении?
Сэм: Кэтрин. Я тебя полгода не видел!...
Джейн: Новостей хоть отбавляй! Но главная та, что наш молодой хозяин вернулся и живет сейчас дома.
Сэм: Сто лет бы его не видеть.
Кэтрин: В чем дело? Он что зануда или любит поучитъ вас розгами?
Джейн: Да ты что... Он никого пальцем не тронул, но из него такой же хозяин, как из меня царица Эфиопии.
Сэм: Мать поручила ему управлять делами в имении, ведь он старший в семье.
Джейн: Но только с его управлением мы скоро начнем с голода пухнуть.
Кэтрин: Как так? Ваше поместье дает хороший доход...
Сэм: Да ты погоди… Вместо того, чтобы заниматься хозяйством, он переложил все на слуг. Все свободное время он мастерит какие-то игрушки, читает и разговаривает сам с собой.
Джейн: Посланный смотреть за овцами - читал. Пришлось ему заплатить штраф - 4 пенса - за то, что овцы зашли в чужой ячмень...
Сэм: 6 пенсов - за сваленный свиньями забор.
Джейн: А вчера дал конюху Теду 10 пенсов за то, чтобы он вместо него сходил на базар продать товар...
Сэм: В прошлый базарный день пришел с уздечкой в руке, вместо купленной лошади....
/Вбегает Тед/
Тед: Боже мой, боже мой! Джейн! Сэм! Надо срочно бежать за доктором,
пока не случилось чего-нибудь ужасного!
Сэм: Что случилось?
Джейн: Кто умирает?
Кэтрин: С кем беда?
Тед: Наш хозяин... Он... сошел с ума.
Кэтрин: Да говори ты толком, что случилось?
Тед: Он сидел под яблоней И вдруг ему на голову падает яблоко. Другой бы его просто съел... А он!
Сэм, Кэтрин, Джейн: Что он?
Тед: Он стал его гладить и разговаривать с ним. Сейчас он ходит с яблоком и что-то бормочет.
Кэтрин: Вот он...
/Входит Ньютон/
Ньютон: Почему ты, милое яблочко, упало именно в тот момент, когда моя голова оказалась под тобой? Разве моя голова притянула тебя, как магнит притягивает гвоздь. А может это не только моя голова притянула тебя, а что-нибудь еще, например, наша Земля? Или все тела окружающие нас, притягиваются друг к другу? Хорошая идея.... Надо подумать о взаимном притяжении всех тел в природе.... Только бы никто не помешал....
/Уходит./
Сэм: Тед!
Тед: /Вздрагивает/. Ты меня напугал, ведь я думал, что это хозяин меня зовет.
Кэтрин: А ты что, боишься хозяина?
Тед: Не то чтобы боюсь, но на глаза ему попадаться нет охоты.,..
Джейн: Почему?
Тед: Уж больно нелепые вопросы он задает, а уж если он начинает мне
что-нибудь объяснять, то мне кажется, что я стою одной ногой в сумасшедшем доме...
Сэм, Кэтрин, Джейн: ....?
Тед: Вчера днем он пришел ко мне в конюшню, посмотрел, как я запрягаю лошадь, походил, подумал и спрашивает: “Будет ли двигаться телега, если в нее запрячь двух лошадей, и если эти лошади будут тянуть в разные стороны?” Господи!.. Это каждый мальчишка знает..., что нет!
И вот, после этого, он мне 3 часа объяснял, что если на тело не действуют никакие силы или действие сил компенсируется, то тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно.
Сэм: Бедняга Тед!
Кэтрин: Это еще что! Недавно ваш хозяин с моим хозяином, сэром Патриком, начал играть в гольф. Но вместо того, чтобы стараться загнать шар в лунку он, стоя на одном месте, колотил клюшкой по шарам, то сильно, то слабо, он ни разу не стукнул в сторону лунки. Сэр Патрик обиделся и ушел, а сэр Исаак Ньютон ходил по полю до вечера и сочинял закон: “Сила, действующая на тело равна произведению массы тела на ускорение, вызванное этой силой”. Смехота!...
Джейн: Значит, и вы тоже....
Сэм, Кэтрин, Тед: Что тоже?
Джейн: Замечали за ним странности....
Сэм, Кэтрин: А ты что заметила?
Джейн: На той неделе я стирала белье на берегу реки и два часа наблюдала, как наш хозяин прыгал из лодки на берег. Он старался прыгнуть так, чтобы лодка стояла на воде на одном месте после его прыжка. Ну и злился же он. Потом со злости пнул лодку, и она отплыла от берега. Другой схватился бы за ушибленную ногу, а этот умник за перо и бумагу. А с каким самодовольным видом он произнес: “Тела действуют друг на друга с силами, равными по величине, но противоположными по направлению”.
Кэтрин: Хорошо, что я у вас не живу! Пойду к себе.
Тед: Ну, я побежал на конюшню,
Джейн: Я на кухню
Сэм: А я в поле,..
Ведущий:
В апреле 1695 года, когда Ньютон был смотрителем лондонского монетного двора, необыкновенный гость из Росси трижды приезжал туда, чтобы познакомиться с техникой чеканки монет (пресс для чеканки монет был изготовлен Ньютоном). Окружающие называли его “десятником”, но относились с большим уважением. И, наверное, они встретились там, в деревне Тауэре - царь Петр и Исаак Ньютон,
Ньютон умер 31 марта 1727 года в Кенсингтоне, под Лондоном. Каменная болезнь почек жестоко мучила его, но здесь как будто утихла, он смеялся, беседовал с врачом, читал газеты. А ночью тихо умер. Угас.
