| Головна » Фізика |
Мета уроку: · сформувати в учнів знання про явище земного тяжіння, розкрити суть понять «сила тяжіння», «вага», «невагомість», «гравітація»; · формувати в учнів алгоритмічні прийоми розв'язування фізичних задач на визначення сили тяжіння та ваги тіла; · продовжити розкривати роль фізичного знання в житті людини, виробництві й техніці, сутність наукового пізнання засобами фізики; · спонукати учнів до критичного мислення, вчити застосовувати набуті знання у практичній діяльності для адекватного відображення природних явищ засобами фізики. Демонстрації: вимірювання ваги тіла та демонстрація явища невагомості. Тип уроку: комбінований урок. Структура уроку
I. Організаційний етап (1 хв.) II. Повторення вивченого матеріалу (3 хв) III. Актуалізація опорних знань (2 хв) IV. Вивчення нового навчального матеріалу (10 хв) V. Узагальнення та закріплення нових знань ( 24хв) VI. Підсумок уроку (3 хв) VII. Завдання додому (2 хв)
Зміст і методи роботи
І. Організаційний момент. Привітання вчителя та учнів. Налаштування на урок. Повідомлення теми й мети уроку.
ІІ. Повторення вивченого матеріалу. 1. Методом фронтального опитування з'ясувати уміння учнів пояснювати причину зміни швидкості та деформації тіл унаслідок впливу одного тіла на інше, знання про фізичну величину, яка є мірою такого впливу; позначення, одиниці виміру та графічне зображення сили; додавання сил, напрямлених уздовж однієї прямої; рівновагу сил. 2. Обговорення відповідей та пояснень учнів до виконаного домашнього завдання. IIІ. Актуалізація опорних знань. Вивчення нового навчального матеріалу. На початку вивчення нового навчального матеріалу з'ясовують з учнями, що на будь-яке тіло діє сила притягання до Землі. Земля притягує до себе всі тіла на її поверхні, людей, воду морів тощо. Учні обговорюють питання форми Землі. Чому планета Земля має форму кулі, а не тарілки, як раніше вважали люди? Чому люди і тварини на іншому боці Землі не падають в низ? Чому не виливається вода з океанів униз як вважали в давнину? Чому Місяць обертається навколо Землі, а Земля навколо Сонця?
ІV. Вивчення нового навчального матеріалу. Вчитель пояснює, що таке явище притягання до Землі називають земним тяжінням. А притягання тіл одне до одного, меншого до більшого як Місяця до Землі, людей, тварин і води до Землі, гравітаційною взаємодією тіл. Дослідно встановлено, що сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла. Це означає, що зі збільшенням маси тіла, наприклад, удвічі сила тяжіння також збільшиться вдвічі. Коефіцієнтом пропорційності між силою тяжіння і масою є фізична величина, яку називають прискоренням вільного падіння та позначають літерою Коефіцієнт пропорційності між силою тяжіння та масою тіла має значення g = 9,8 Н/кг. Цей коефіцієнт залежить лише від маси та радіуса планети. g=G*M/R2, де G – гравітаційна стала, G=6,67*10-11 Н*м2 /кг2, М – маса планети Земля, М=5,97*1024кг, а R – радіус планети Земля., R=6,4*106м. Тобто порахувавши прискорення вільного падіння для планети Земля ми і отримаємо g = 9,8 Н/кг. На Місяці g = 1,6 Н/кг, на Марсі g = 3,76 Н/кг, на Венері g = 8, 76 Н/кг, а на Юпітері g = 23,5 Н/кг. Отже, щоб визначити числове значення сили тяжіння, що діє на тіло масою т, необхідно коефіцієнт пропорційності g для даної планети помножити на масу тіла, значення якої виражене в кілограмах. Тобто Fт = mg. Для спрощення обчислень під час розв'язування задач коефіцієнт пропорційності для планети Земля приймають g = 10 Н/кг. Відомо, що сила — векторна величина, тобто окрім чисельного значення (модуля) вона має напрямок та точку прикладення. Сила тяжіння напрямлена вертикально вниз до центру планети Земля. Точка прикладання сили знаходиться на тілі. Графічно силу тяжіння зображують у вигляді напрямленого відрізка прямої зі стрілкою на кінці (вектора). Точку прикладання сили розміщують у геометричному центрі тіла (мал. 1).
Якщо тіло розмістити на горизонтальній опорі або вертикальному підвісі, то внаслідок свого притягання до Землі тіло діятиме на них із певною силою.
Силу, з якою тіло діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс, називають вагою тіла. Вагу тіла позначають літерою Р і, як будь-яку іншу силу, вимірюють у ньютонах. Вага тіла напрямлена вздовж підвісу, на якому міститься тіло, або ж перпендикулярно до поверхні опори, на якій знаходиться тіло. Точка прикладення ваги тіла знаходиться в місці дотику тіла з опорою або підвісом (мал. 2).
На відміну від сили тяжіння, значення ваги тіла може змінюватися залежно від напряму руху тіла. Наприклад, коли тіло знаходиться в стані спокою або ж рухається вздовж прямої зі сталою швидкістю, то вага тіла чисельно дорівнює силі тяжіння, тобто Р = F = mg. На дослідах демонструють вимірювання ваги тіла за допомогою динамометра, зменшення та збільшення ваги тіла під час його руху зі змінною швидкістю, а також зникнення ваги тіла. Вага тіла дорівнює нулю, коли опора або підвіс рухаються разом з тілом. За таких умов тіло знаходиться в стані невагомості.
V. Узагальнення та закріплення нових знань. Так що ж нам показує цей коефіцієнт прискорення вільного падіння g? Якщо ми раптом опинимося на Місяці, то вага тіла массою 50 кг буде не звичною для нас - 500Н, а 1,6*50=80(Н), тобто у 6 разів легше. На Марсі – 3,76*50=88(Н), у 2,5 рази легше. На Юпітері – 23,5*50=1175(Н), більше ніж у 2 рази важче. А зараз, маючи знання про силу тяжіння, вагу тіла, гравітацію подумайте: 1) як можна пояснити давнім людям чому з іншого боку Землі ні вода, ні тварини, ні люди не падають вниз? 2) Яка природа приливів та відливів океанів та морей? Розглянемо уявну ситуацію далекого майбутнього (ситуативна колізія). Один з учнів читає уривок власного фантастичного оповідання.
Космічні дослідники Космічний корабель „Мрія” підлітав до четвертої планети системи зірки МГ-5, білого карлика кульовидної галактики К-8. - Дуже цікава планета - ,сказав штурман Олексій Конов, - має супутник, на якому можливе життя. Але він дуже близько до планети. - Цікаво, який там біологічний світ? — озвався біолог Олександр Макін. - Моя думка — ніякого, - відповів астрофізик Михайло Струмінь, - супутник не тільки обертається навколо своєї планети, а й навколо своєї осі. Уявляєте, які там припливні хвилі, якщо є якась рідина?. - Сперечатися нічого, - почувся голос капітана Володимира Міцного, - висадимося, побачимо. На супутник полетять Олександр, Михайло та Марина, геолог вам знадобиться. Після посадки космічної шлюпки найбільше був здивований біолог Макін. - Тут найдивовижніші істоти! — з подивом мовив Олександр. - Всі якісь плазуни з крилами, і ледь-ледь ворушаться, майже зовсім не рухаються. Як же вони харчуються, і навіщо їм крила? А рослини нагадують водорості, які витягли з води, такі безпорадні, начебто у ліан відібрали опору. Тут якась загадка. - Грунт тут теж дуже дивний, неначе хтось його постійно переорює, - додала Марина. — Дивна суміш чорнозему з піском. Дивно. - Ну що ж, все співпадає з моїми розрахунками, - відповів їм Михайло. — Період обертання супутника навколо своєї осі 38 годин, тобто через 7 годин зійде планета. Треба приготуватися. - До чого? — разом вигукнули Марина та Олександр. - Нехай це буде моя маленька таємниця, - відповів Михайло, посміхаючись. — Треба закріпити відеокамери в різних місцях: на горі, в долині, високо на тринозі і на грунті. Збір у шлюпці через 7 годин. Через 9 годин, сидячи біля екранів моніторів, товариші спостерігали фантастичне видовище. На небі сходила планета, і відразу пробуджувалася вся природа. Здійнявся невеличкий вітерець. Плазуни розправляли крила й пробували їх на міцність. На дні долини почали з’являтися перші струмочки, які, збігаючись, утворювали маленьке озерце. Рослини-водорості почали ворушитися й потроху підніматися вгору, наче „ліани” знайшли опору й почали спинатися по них. На сухому місці грунт увесь ворушився, наче живий, - це повернулися до життя безліч хробаків та личинок. Ще через 5 годин краєвид повністю змінився: підніжжя гір були берегом озера, з якого, мов дерева, вертикально вгору стирчали рослини-водорості, розправивши листя. В небі літали безліч комах, які з’явилися з личинок. На них полювали ті самі неповороткі плазуни, які зараз літали у повітрі, мов яструби. - Так ось яка твоя таємниця, - сказав Олександр, - планета - „антигравітон”. Це вона своєю гравітацією частково компенсує гравітацію супутника, і тому всі рослини і тварини стають у декілька разів легшими, і краєвид змінюється невпізнанно. - Тепер можна пояснити і дивність місцевого грунту , - додала Марина Скворцова, - хробаки його розпушують під час „приливу”, а підземні води, виходячи на поверхню, зволожують його і перемішують з піском, який наносять вранішній й вечірній бризи. - Так, - відповів Михайло Струмінь. — Супутник має масу 6*1024 кг, радіус 6*106 м, як наша Земля, а планета-„антигравітон” — 4,2*1035 кг і 5*108 м відповідно, і до того ж відстань між ними — 2,4*1012 м. Враховуючи це, видно, що, коли на небосхилі з,являється цей „антигравітон”, то сила тяжіння на супутнику зменшується. Вага всіх тварин і рослин зменшується, і для них починається пробудження, як для наших істот на Землі – зміна дня і ночі. Тільки тут набагато цікавіше. Тут, наприклад, якщо були б розумні істоти, то вони мали б змогу створити дуже цікавий вид транспорту, враховуючи ці перепади сили тяжіння. - Вони врахували це і використали, - здивовано вигукнула Марина, - подивіться на екрани! До них наближався чудернацький літаючий апарат, який нагадував медузу.
Після того, як оповідання прослухано, учням необхідно вияснити: чи може таке явище існувати в реальному житті, чи ні? Щоб вияснити це, вчитель спочатку пояснює принцип та причину руху планет навколо зірки та супутників навколо планет. Потім учням, за допомогою нових знань, пропонується перевірити можливість такого розвитку подій в реальному світі. Учень біля дошки, за допомогою товаришів та вчителя, розв’язує задачу: „Визначити силу тяжіння, яка діє на плазуна з боку супутника, коли планета знаходиться в зеніті і коли планета знаходиться по іншу сторону супутника, та порівняти їх. Маса плазуна 10 кг.”
Задача
Дано: Розв’язування m=10 кг Коли планета знаходиться в зеніті, то на плазуна Мс=6*1024 кг діють протилежно напрямлені сили гравітації Мпл=4,2*1035 кг планети і супутника, тобто: F1 =Fc –Fпл . А коли Rс=6*106 м на протилежній стороні, то гравітаційні сили Rпл=5*108 м напрямлені однаково: F2=Fc+Fпл. Тепер знайдемо h=2,4*1012 м сили тяжіння, які діють на плазуна з боку супутника G=6,67*10-11 Н*м2 /кг2 й планети: Fс=GMcm/Rc2; Fпл=GMплm/(Rпл+h)2). F1 =? Маємо: F1=Gm(Mc/Rc2-Mпл/(Rпл+h)2 ; F2 =? F2=Gm(Mc/Rc2+Mпл/(Rпл+2Rc+h)2). Перевіримо одиниці вимірювання: [F]=H*м2*кг/кг2 *(кг/м2+кг/(м+м)2)=Н*м2*кг/(кг*м2)=Н. Проведемо обчислення: F1=6,67*10-11*10*(6*1024/(6*106)2-4,2*1035/(5*108+2,4*1012)2)=62,55(H); F2=6,67*10-11*10*(6*1024/(6*106)2+4,2*1035/(5*108+2,4*1012+2*6*106)2)= =162(Н). Порівняємо гравітаційні сили: F2-F1=162-62,55=99,45(H). Відповідь. Сили тяжіння, які діють на плазуна, дорівнюють: коли планета в зеніті - 162Н; коли планета по іншу сторону супутника - 62,55Н; різниця гравітаційної взаємодії - 99,45Н. Після розв’язування цієї задачі учні роблять висновок: результати, які отримали, показують, що події ,описані в оповіданні, можуть мати місце в нашому безмежному Всесвіті. Задача може вдаватися і складною для 8 класу, але на практиці учні із задоволенням і азартом розв’язують цю задачу, легко і глибоко розуміють поняття гравітаційної взаємодії і сили тяжіння, причини приливів та відливів і принцип будови Всесвіту.
VІ. Підсумок уроку. 1. Методом «Власна думка» обговорюються наступні питання: 1. Що відчули дослідники, коли зійшла на обрії планета і почала підніматися до зеніту? Чому? 2. У скільки разів маса плазуна менша, коли планета знаходиться в зеніті, від маси плазуна, коли планета знаходиться по інший бік супутника? Чому? 3. Яка причина приливів та відливів на планеті Земля? Поясніть. 4. Чому вага плазунів змінюється а сила тяжіння ні? Чи змінюється їх маса?
2. Психологічна гра «Пелюстки почуттів»
VІІ. Домашнє завдання Середній рівень: опрацювати § 16, 18. Зробити ілюстрації до фантастичного оповідання, придумати подальший розвиток подій. Розв’язати задачу. Визначити прискорення вільного падіння на супутнику у випадках: а) коли планета знаходиться в зеніті; б) коли планета знаходиться по іншу сторону супутника. Достатній рівень: розв’язати задачу. Визначити прискорення вільного падіння на Землі у випадках: а) коли Місяць знаходиться в зеніті; б) коли Місяць знаходиться по інший бік від Землі. «Спостерігаючи за діяльністю аборигенів Гравітона (так назвали супутник планети Антигравітон) біолог Олександр Макін звернувся до астрофізика Михайла Струміня: - Щось не розумію їхньої діяльності, й їхньої техніки. Величезні гирі на платформі електродвигунами піднімають вгору для того щоб ця платформа самостійно опустилася вниз? - Нічого дивного, - відповів Михайло Струмінь, - вони піднімають вантаж вгору, збільшуючи його потенціальну енергію, електродвигунами, коли Антигравітон в зеніті, тому що прискорення вільного падіння в цей час g=6,25 м/с, а опускають, вмикаючи генератори, коли Антигравітон знаходиться по іншу сторону супутника і коли прискорення вільного падіння g=16,2 м/с. В цей час потенціальна енергія вантажу збільшується майже у 10 разів. І тому робота, яку виконує сила тяжіння, збільшується у 10 раз. Це найкраща електростанція в цій місцевості, яку тільки можна придумати. Вона працює лише на різниці потенціальної енергії вантажу в різний час доби. - Дивно, я раніше вважав, що потенціальна енергія піднятого тіла залежить лише від висоти підняття тіла над поверхнею планети. - Ні, це не так. Навіть на нашій планеті Земля прискорення вільного падіння на полюсі більше, а на екваторі менше. І тому на різних широтах різні потенціальні енергії у однакових за масою тіл на однаковій висоті. І саме тому всі космодроми будують майже біля екватора і всі космічні кораблі стартують коли Місяць в зеніті. Так найменше витрачається палива для виведення корабля на космічну орбіту, бо необхідно виконати меншу роботу по збільшенню потенціальної енергії корабля, тобто збільшенню його висоти відносно Землі.» - Яка-ж потенціальна енергія у вантажу 50000 тон на висоті 50 метрів коли Антигравітон в Зеніті? - Який-же коефіцієнт корисної дії цієї електростанції, якщо ККД електродвигуна і генератора по 90%? Розв’яжемо ці дві задачі. Задача 1 Дано: СІ Розв’язання g1= 6,25 м/с2 Потенціальна енергія вантажу знаходиться за h = 50м формулою m = 50000т =5*107кг Еп = mgh Еп - ? Перевіримо одиниці вимірювання шуканої величини [Еп]=кг* м/с2*м=Н*м=Дж Обчислимо значення шуканої величини Еп = 5*107*6,25*50=156,25*108(Дж) Відповідь. Еп= 156,25*108 Дж . Задача 2 Дано: СІ Розв’язання g1=6,25 м/с2 Коефіцієнт корисної дії знаходиться за формулою g2=16,2 м/с2 η=Ек/Ев*100% η1= η2= 90% = 0,9 Де Ак - це робота, яку виконує сила тяжіння під час η - ? опускання вантажу з висоти h при прискоренні вільного падіння g2. Ця робота дорівнює зміні потенціальної енергії вантажу: Ак = Еп1 – Еп2. Враховуючи, що на поверхні супутника h=0, то Еп2 = mg2h=0, тоді Ак = Еп1= mg2h, і ця потенціальна енергія переходить у електричну за допомогою електрогенераторів у яких ККД=90%. Значить аборигени отримують електроенергії Ек= η2Ак= η2mg2h Під час піднімання вантажу аборигени виконували роботу по збільшенню потенціальної енергії вантажу Ав = Еп1 – Еп2. при прискоренні вільного падіння g1 з поверхні супутника. Тобто Еп1 = mg1h = 0. Маємо Аз = – Еп2= -mg1h, де знак «-« свідчить про виконанню роботи над системою. На піднімання вантажу електродвигунами з ККД= η1 аборигени витратили електроенергії Ев= mg1h+(1- η1)mg1h, де (1- η1)mg1h – свідчить про зайву витрату енергії під час виконання роботи електродвигунами. Маємо Ев= mg1h(2- η1). Тепер виведемо формулу для обчислення ККД електростанції: η= η2mg2h/ mg1h(2- η1)*100%, звідси η= η2g2/g1(2- η1)*100% Перевіримо одиниці вимірювання шуканої величини: [η]= м/с2/ м/с2*%=% Обчислимо ККД: η=(0,9*16,2)/( 6,25*(2-0,9))*100%=14,58/6,875*100%=2,12*100%=212% Відповідь. ККД електростанції 212%.
Схожі навчальні матеріали: | ||||||
| Всього коментарів: 0 | |