Развивающий семинар. 

 

В поисках ответа на вопросы: как осуществить системный подход к обучению физике, способствующий получению осмысленных, связанных знаний, правильной научной картины мира, научить учащихся правильно излагать свои взгляды, красиво говорить, уметь самостоятельно получать знания я пришла к новой форме работы – развивающим семинарам, которые провожу в течение нескольких лет.

Развивающий семинар – одно из форм учебных занятий. Главным требованием к нему является активное участие каждого учащегося.  На развивающих семинарах предполагается высокая степень конкретизации учебного материала. Они отличаются от обычных уроков тем, что требуют от учеников серьезной самостоятельной работы с дополнительной литературой: чтение новых источников, сравнение материалов, выбор интересных фактов. Также уроки можно проводить со II полугодия 8-го класса. Тема семинара сообщается учащимся за 10 дней, разъясняются цели урока. При составлении заданий особое значение приобретает дифференциация. На развивающих семинарах учащиеся делают мировоззренческие выводы, их ценность в том, что они опираются на большее число фактов, о которых говорили на уроках.

На таких уроках нетрудно провести интеграцию с другими предметами или разделами, связать изучаемый материал с достижениями науки и техники. Это коллективная работа класса, опирающаяся на работу индивидуальную, каждого учащегося. Такая работа повышает интерес к изучению предмета, и открывают дорогу на научно-практические конференции разных уровней.

Предлагаю одну из разработок для учащихся 10 класса.

Тема: Еще раз о гравитации.

Цель: Расширить знания учащихся о гравитации, показать роль измерений в физике и астрономии. Формировать навыки самостоятельной работы с научной литературой, научить грамотно излагать свои мысли, максимально использовать знания, полученные при изучении механики.

Особенности урока: Интеграция физики и астрономии выступает основным принципом построения содержания, это приводит к важному познавательному результату, как формирование целостного представления о законах механики. Большая информативная емкость дополнительного материала на уроке ведет к качественно новому типу знаний.

Оборудование: таблицы по физике для общеобразовательной школы (В. А. Орлов), диск «Физика 7-11 класс», библиотека наглядных пособий, раздел механика (анимация кадры с 1-10), рисунки № 10, гравитационное взаимодействие, мультимедиа.

Ход урока.

I.          Постановка цели перед учащимися.

1.  Проследить путь, пройденный наукой при открытии закона тяготения.

2.            Рассчитать центростремительное ускорение Луны, как подтверждение теории Ньютона о гравитации.

3.            Из III закона Кеплера найти зависимость ускорения планеты от радиуса ее орбиты.

II.        Работа над вопросами семинара.

1.  Кто первым задумался о гравитации.

2.             Математическая проверка Ньютоном закона гравитации.

3.             На основании III закона Кеплера сделать вывод об ускорениях, сообщаемых планетам Солнцем.

4.             Опыт Кавендиша.

5.             Значение закона всемирного тяготения.

6.             Самостоятельная работа.

III.      Вступительное слово учителя.

«Пути, которыми люди проникают в суть небесных явлений, представляются мне почти столь же удивительными, как и сами эти явления».

Иоганн Кеплер.

Попробуем  проследить  путь,  который  привел  к  открытию  закона  гравитации  - закону всемирного тяготения.

1. Кто первым задумался о гравитации?

Выступление учащегося:

Ньютон не был первым, кто задумался о гравитации. Еще в 15 в. некоторым аспирантам приходила в голову мысль о существовании притяжения между небесными телами. Гильберт в 1600 г, Буйер в 1645 г, Борели в 1666 г были в общем недалеки от ньютоновского закона всемирного тяготения.

 

Как и Кеплер, который даже однажды рассматривал закон обратной пропорциональности квадрату расстояния, но опроверг его.

 

Легенда о яблоке приписывает Ньютону открытие гравитации в 1666 г, хотя трактат был прочитан в Королевском обществе в феврале 1685 г, а сами «Начала» были опубликованы в 1687 г.

В 1674 г Роберт Гук опубликовал свою работу, в которой движение Земли вокруг Солнца описывалось при помощи закона притяжения, которое убывало с расстоянием.

 

Выступление учителя:

Почему Ньютон ждал так долго, почти два десятилетия, прежде чем опубликовать свои результаты.

Утверждают, что он хотел повременить до тех пор, пока не разберется с двумя проблемами: Первая проблема. Как измерить расстояние между падающим телом и Землей: брать ли по отношению к поверхности или центру. Только в 1685 г он уточнил понятие о материальной точке, позволившее рассматривать массу Земли сосредоточенной в центре. Вторая проблема была связана с наблюдением. По-видимому, Ньютон хотел дождаться появления надежных измерений расстояний в системе Земля-Солнце-Луна, чтобы проверить правильность своей теории. Такие измерения появились в 1672 г. Пикар более точно провел градусное измерение меридиана. Только тогда Ньютон почувствовал уверенность в законе тяготения (при первом вычислении ошибка 15%). Неверное измерение радиуса Земли затормозило, почти на 20 лет правильный ход мыслей Ньютона.

2.      Математическая проверка Ньютоном закона  тяготения.

Выступление учащегося:

Ньютон сделал смелое умозаключение: планеты на своих орбитах удерживаются силами притяжения их Солнцем подобно тому, как Земля удерживает на орбите Луну, и эти силы являются частным случаем взаимодействия между любыми телами, описываемыми законом тяготения:

 

Эту гипотезу ученый проверил математически, рассчитав центростремительное ускорение

Луны двумя способами:

а) исходя из общих соображений о вращательном движении

 

б) предположив, что справедлив закон всемирного тяготения

1. Земля-Луна (плакат)

 

2. У поверхности Земли (плакат)

 

 

Итоги гипотезы Ньютона оказались верными и земной закон тяготения стал законом всемирного тяготения.

 

 

3.   На основании III закона Кеплера сделать выводы об ускорениях, сообщаемых планетам Солнцем (орбиты считать круговыми). В этом приближении сила притяжения со стороны Солнца должна быть направлена для всех планет к центру Солнца.

Третий закон Кеплера.

 

 

Из письма Ньютона к Г аллею в 1686 г:

«В бумагах, написанных более 15 лет тому назад (точно дату я не могу привести), я выразил обратную квадратичную пропорциональность тяготения планет к Солнцу в зависимости от расстояния и вычислил правильное отношение земной тяжести, хотя и не совсем точно. В том же году я начал думать о тяготении, протирающемся до орбиты Луны, и нашел, как оценить силу. Из правила Кеплера о том, что периоды планет находятся в полуторной пропорции к расстоянию от центров их орбит, я вывел, что силы, удерживающие планеты на орбитах, должны быть в обратном отношении квадратов их расстояния от центров, вокруг коих они вращаются. Отсюда я сравнил силу, требующуюся для удержания Луны на ее орбите, с силой тяжести на поверхности Земли и нашел, что они отвечают друг другу. Все это происходило в два чумных года, 1665 и 1666 гг., ибо в это время я был в рассвете моих изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда-либо после».

4.   Опыт Кавендиша.

Открытый Ньютоном закон носил только качественный характер, т.к. была неизвестна величина постоянной F. Только через 130 лет в 1798 г. английский химик Кавендиш измерил, разработать метод измерения малых сил - по углу закручивания нити, т.е. по величине упругой деформации ее. Это была крутильная система малые шары массами по 730 г, большие - 155 кг. Сближение шаров на расстоянии 20,32 см, отклонение малых шаров 1,946 см. Равновесие шаров наступило после уравнивания моментов упругой силы нити и силы притяжения шаров:

 

Относительная погрешность опыта 10-3 . Определение Кавендишем гравитационной постоянной позволило использовать закон всемирного тяготения для решения важных задач: определение массы Земли, Солнца, планет, расчета космических скоростей.

5.   Значение закона всемирного тяготения:

а)       возмущение в движении планет;

б)       открытие планеты Нептун;

в)       приливы и отливы;

г)       запуски искусственных спутников;

д)      гравитационная «тень»;

е)      гравитационное линзирование (темная материя).

6.   Самостоятельная работа.

1 вариант	2 вариант
1. Искусственный спутник Земли (ИСЗ) движется по круговой орбите на высоте h=400 км. а)   Какая сила сообщает ИСЗ центростремительное ускорение? Как она направлена? б)   Рассчитайте центростремительное ускорение спутника. Масса Земли 6 1024 кг, ее радиус R=6400 км, гравитационная постоянная G=6,67 10-11 Н м /кг . в)    С какой скоростью движется ИСЗ?	1. Луна - естественный спутник Земли. а)   Действие какого тела заставляет Луну двигаться по орбите вокруг Земли? Какая сила характеризует это взаимодействие на Земле? б)   Рассчитайте силу взаимодействия между Землей и Луной, если масса Земли М=6 1024 кг, Луны m=7,35 1022 кг, среднее расстояние между Землей и Луной R=3,85 105 км, гравитационная постоянная G=6,67 10-11H м2/кг2. в)   Определите значение импульса Луны при ее движении по орбите.
Ответ: а) сила тяготения, направлена по радиусу траектории к центру Земли;                  б)ацс=  8,65 м/с2 , ацс=8,65 м/с2; ац= GM/(R+h2) в)V=  auc(R+h) ,V=7,67 103м/c	Ответ: а) сила тяготения Земли. Приливы и отливы - в океанах;    б)F=GMm/R2     ,F=2-1020H; в) p=mv, р= 2pRт/Т, р=7,5 1025

7.   Подведение итогов урока.

Используемая литература:

1.     Физика: Механика 10 кл. Учебник для углубленного изучения, Г. Я. Мякишев

2.             «Силы в природе», Г. Я. Мякишев

3.             «Механика от античности до наших дней», А. Григорян

4.             «Гравитация без формул», Дж. Нарликар

5.             Библиотека «квант» № 78, «Кеплер, Ньютон и все, все» В. Белонеркин

6.             Описание к таблицам по физике для общеобразовательных школ, В. А. Орлов

7.      Контроль знаний, умений и навыков учащихся при изучении курса «Физика. Астрономия», В. А. Заботин, В. Н. Комиссаров