« Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Сила всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения»

Урок по теме:

« Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Сила всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения» 

Цели и задачи урока:

Цель урока – изучить второй и третий законы Ньютона, закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость. Шире раскрыть понятие взаимодействия тел на примере этого закона и ознакомить учащихся с областью действия гравитационных сил.

Задачи урока:

Образовательные:

1. ознакомить учащихся с зависимостью между ускорением, что приобретается телом, и силой, что на него действует. Раскрыть содержание второго, третьего законов Ньютона; углубить знания о взаимодействии тел

2. изучить движение тел в гравитационном поле; выработать умения воспринимать и излагать новый материал; 

3. показать практическую значимость изученного материала;

4. сформировать понятие гравитационных сил;

5. добиться усвоения закона всемирного тяготения;

6. познакомить с опытным определением гравитационной постоянной.

Воспитательные:

1. формировать систему взглядов на мир;

2. воспитывать интерес к творческий и исследовательский работе.

Развивающие:

1. развивать речь, мышление;

2. совершенствовать умственную деятельность: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование : Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2016. – С. 74 – 99. Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике, второе издание. 10 класс Москва «Вако» 2016.

Ход урока

1. Организационный момент

Приветствие, выявление отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку.

2. Повторение

Учитель: Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

1. Что такое сила? Единицы ее измерения?

2. Какие силы существуют в природе?

3. Сформулируйте первый закон Ньютона?

4. Что такое масса? Единицы ее измерения?

5. Как движется тело если на него не действует сила?

3. Изучение новой темы урока

Выясним, какой зависимостью связаны сила, ускорение и масса тела.Проведем несколько опытов с тележкой, которая может двигаться по горизонтальным столом практически без трения. Измеряя пути, которые проходит тележка за разные промежутки времени, можно заметить, что путь пропорционален квадрату времени движения, то есть тележка движется равноускорено. Это означает, что направление ускорения тела совпадает с направлением силы, действующей на это тело: а ~ F. Изменим условия опыта: будем менять массу тележки, оставляя неизменной силу. Проведение опыта с тележкой, на который кладут дополнительные грузики, показывает, что при неизменной силы ускорения уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается масса тележки с грузом. Следовательно, ускорение, которое получает тело под действием силы, обратно пропорционально массе этого тела:

Таким образом, ускорение, которого сила   придает телу массой m, вычисляется по формуле:

Второй закон Ньютона

равнодействующая   всех сил, приложенных к телу, равна произведению массы тела на его ускорение:

Особенности применения второго закона Ньютона: 1. Сила - причина ускорения; ускорение определяется силой, действующей на тело. Изменение силы приводит к изменению ускорения, а не наоборот.

2. Если на тело одновременно действует несколько сил, то  1 +  2 + ... +  n = m .

3. Если силы, действующие на тело, скомпенсированы, то есть  1 +  2 + ... +  n = 0, то ускорение   = 0. Следовательно, закон инерции можно сформулировать так: тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, если равнодействующая сил, приложенных к телу, равна нулю.

4. Из второго закона Ньютона можно получить определение 1 Н:

Третий закон Ньютона. В природе не бывает так, чтобы только одно тело действовало на другое, а другое тело при этом не действовало на первое. Тела всегда взаимно действуют друг на друга.Обратимся к опыту. Поставим на горизонтальную поверхность два легкие тележки и с помощью двух динамометров прикрепим их к вертикальным стойкам. Положим на тележки два магнита разноименными полюсами друг к другу.

Через притягивание магнитов тележки придут в движение, растягивая при этом пружины динамометров. Только сила упругости пружины динамометра уравновесит силу притяжения со стороны магнита, тележка остановится. Опыт показывает, что после остановки тележек показания обоих динамометров одинаковы. Это означает, что с какой силой левый магнит притягивает правый магнит, с такой же силой правый магнит притягивает левый. Кроме того, анализируя опыт, видим, что эти силы направлены противоположно. Следовательно,

1 = - 2 это равенство выражает третий закон Ньютона: два тела взаимодействуют друг с другом с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

С другой стороны, опыты показывают, что при всех видов взаимодействий ускорения тел, которые взаимодействуют, обратно пропорциональны массам этих тел:

Из этого соотношения с учетом того, что ускорения, которые достают тела в результате взаимодействия, направленные в противоположные стороны, можно записать:

Согласно второму закону Ньютона,   где  1 - сила, действующая на первое тело, a  2 - на второе.

Третий закон Ньютона утверждает, что силы всегда возникают» парами. Такие силы иногда называют силами действия и противодействия. При этом безразлично, какую из двух сил назвать силой действия, а какую - силой противодействия.

Свойства сил, с которыми тела взаимодействуют

а) имеют ту же физическую природу, поскольку обусловлены одной взаимодействием;

б) одинаковые по модулю и направлены вдоль одной прямой противоположно друг другу;

в) приложены к разным телам и поэтому не могут компенсировать друг друга.

Согласно третьего закона Ньютона, камень притягивает Землю с такой же силой, с которой Земля притягивает камень. Поэтому, когда камень падает, он и Земля - оба движутся с ускорениями навстречу друг другу. Однако ускорение Земли меньше ускорения камня в столько раз, во сколько раз масса Земли больше массы камня. Поэтому мы и замечаем часто только одну силу взаимодействия двух - силу, действующую на камень со стороны Земли. А с аналогичным модулем сила, действующая на Землю со стороны камня, остается незамеченной.

Примеры проявления третьего закона Ньютона.

1. Явление отдачи. Сила, действующая на снаряд со стороны пушки, равна по модулю силе, действующей на пушку со стороны снаряда в момент выстрела. В автоматической стрелковому оружию явление отдачи используется для перезарядки оружия.

2. Реактивное движение. С огромной скоростью выбрасывая продукты сгорания топлива обратно, ракета действует на них с необычайной силой. С такой же по модулю, но направленной вперед, силой продукты сгорания действуют на ракету.

3. Взаимодействие Земли и Солнца, Луны и Земли, движение планет и других небесных тел.

4. Движение транспортных средств.

4. Закрепление материала: 1)Решаем задачи:

1. Тело массой 2 кг, движущегося на юг, меняет скорость своего движения под действием постоянной силы 10 Н, направленной на север. Вычислите определите модуль и направление ускорения тела. Опишите характер движения тела.

2. Под действием силы 15 кН тело движется прямолинейно так, что его координата изменяется по закону х = -200 + 9t - 3t2. Вычислите массу тела.

3. Проекция скорости тела, движущегося прямолинейно вдоль оси Ох, изменяется по закону  x = 5 - 2t. Вычислите импульс тела и импульс силы за 1 с и 4 с после начала движения, если масса тела 3 кг.

4. Небольшая лодка притягивается канатом к теплоходу. Почему же теплоход не движется в сторону лодки?

5. Человек массой 60 кг, стоя на коньках, отбрасывает от себя шар массой 3 кг, предоставляя ей в горизонтальном направлении ускорения 10 м/с2. Какое ускорение получает при этом сам человек?

6. Два человека тянут веревку в противоположные стороны, прикладывая силы в 100 Н каждый. Разорвется ли веревка, если она выдерживает натяжение, что не превышает 190 Н?

5.  Как был открыт закон всемирного тяготения

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т. д.), вызваны одной причиной.

Окинув единым мысленным взором «земное» и «небесное», Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной

1. Всемирное тяготение – взаимное притяжение между всеми телами Вселенной.

2. Гравитационные силы – силы всемирного тяготения.

3. Гравитационное поле – особый вид материи, осуществляющий гравитационное взаимодействие.

В 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения:

Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними, где

m₁ и m₂ – массы взаимодействующих тел,
r – расстояние между телами,
G – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в природе и называемый постоянной всемирного тяготения или гравитационной постоянной.

Физический смысл гравитационной постоянной

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения двух тел, массой 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

Значение закона всемирного тяготения:

1. Объясняет движение планет;

2. Объясняет морские приливы и отливы;

3. Позволил открыть новые планеты – Нептун и Плутон;

4. Можно предсказывать солнечные и лунные затмения;

5. Можно объяснить строение Солнечной системы. 

Подумай и ответь. Работа по групамм

1. Почему все тела падают на  Землю? На все тела действует  сила тяжести

2. Почему  не видим мы, чтобы  притягивали друг друга столы, люди? Сила настолько мала, что мы ее просто не чувствуем
   Что стало б со всеми предметами  на Земле, если бы не было силы тяжести? Земля не смогла бы удержать атмосферу и различные тела

3. Что стало бы с Землей, если бы исчезла сила тяготения между Землей и Солнцем? Масса Солнца составляет 99,9 % массы всей солнечной системы. Притяжение Солнца удерживает все планеты на своих орбитах

4. Можно ли на Земле укрыться от силы тяготения? Конечно, нет! Между любыми телами во Вселенной действует сила взаимного притяжения.

6.Закрепление. 2)Решаем задачи:

1. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической станции массой 20 т на расстояние 500 м. Найдите силу их взаимного притяжения.

2. На каком расстоянии сила притяжения между двумя телами массой по 1 000 кг каждое, будет равна 6,67∙109 Н?

3. Два одинаковых шарика находятся на расстоянии 1 м друг от друга и притягиваются с силой 6,67 ∙10-15 Н. Какова масса каждого шарика?

Вывод:

1. Между всеми телами существует всемирное тяготение.

2. Сила взаимодействия между двумя телами зависит от массы тел и от квадрата расстояния между ними.

3. Коэффициент пропорциональности – гравитационная постоянная.

4. Всемирное тяготение осуществляется посредством гравитационного поля – особой формы материи.

5. Закон всемирного тяготения имеет границы применимости.

7. Закрепление: Вопросы:

1. Какое явление называется всемирным тяготением? (Всемирное тяготение – взаимное притяжение между всеми телами Вселенной).

2. Кто и когда открыл закон всемирного тяготения? (В 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения)

3. Как читается закон всемирного тяготения? (Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними)

4. В каких случаях можно применять закон всемирного тяготения? (1) взаимодействующие тела – материальные точки; 2) тела имеют форму шара;3) одно из тел - шар большого радиуса, взаимодействующий с телом, размер которого много меньше размеров шара.)

5. Притягивается ли к Земле яблоко, висящее на ветке дерева? (Да, конечно! Ведь гравитация - это сила ВЗАИМНОГО притяжения. Здесь особенность в том, что яблоко, в отличие от Земли обладает ничтожно малой силой притяжения, которой и пренебрегают при расчетах. Эта сила зависит от массы).

8. Подведение итогов урока, домашнее задание.

Итоги урока:

Сегодня вы продуктивно поработали, осознали, глубоко ли вы освоили Законы Ньютона. Развили умения анализировать, синтезировать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты своей работы.

9. Домашнее задание.