Методическая разработка дидактического материала

Пояснительная записка.

В качестве примера дидактического задания представлен отрывок разработки урока в 10 классе по теме «Сила тяжести на других планетах Солнечной системы». Урок предлагался обучающимся профильной естественно- математической группы.

В основе разработки лежит текст статьи Коротцева О.Н. «Сила тяжести на других планетах» (ссылка указана ниже). При чтении статьи развивается навык осознанного чтения, что работает на преодоление одной из проблем современного ученика.

В текст статьи по смыслу вкрапляются задания, которые представляют собой задачи разного качества и сложности. Они направлены как на актуализацию знаний, так и на встраивание нового материала в уже имеющуюся систему знаний. Каждая задача имеет дополнительное задание. Если найти сходства и отличия, то продумать форму представления результата. Если вывести формулу, то затем ее необходимо проанализировать. А работа в группах в завершении требует сделать итоговый вывод. Решение задач предполагает и работу с таблицами, и нахождение недостающих данных в других источниках информации. Проверку правильности полученного результата по определению веса взрослого человека на Марсе ребята делают с помощью калькулятора веса на других планетах (ссылка ниже).

Домашнее задание состоит из четырех задач с дополнительными вопросами, требующими анализа или творческого подхода. Ребятам предлагается выполнить только два задания по выбору. При желании учитель может сделать балльную градацию каждого задания, определить его «вес» и составить рейтинг домашнего задания на «3», «4» и «5». Можно продумать также варианты представления творческого задания с различным «весом». Например,

А начинается урок с видеосюжета с площадки планетария г. Брно (Чехия) (ссылка ниже).

Дидактический материал.

Сила тяжести на других планетах

Представим себе, что мы отправляемся в путешествие по Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?

Задание 1: Вспомните, чем похожи и чем отличаются все тела и его масса, сила тяжести и вес тела. Ответ оформите в виде таблицы.

Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?

Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.

Задание 2: Выведите формулу для расчета ускорения свободного падения, используя второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения. Сделайте вывод; Как ускорение свободного падения связано с массами взаимодействующих тел и радиусом одного из них.

Но Земля - не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот почему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего - на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в общей сложности примерно на 0,5 кг.

Задание 3: Докажите, что вес взрослого человека на полюсе и экваторе Земли отличается на 0,5 кг, сделав необходимые расчеты.

Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы?

Наша первая космическая станция - Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.

Задание 4: Зная массу и радиус Марса (0,107 масс Земли и 0,53 радиуса Земли) , определите вес взрослого человека массой 70 кг) на поверхности Марса.

Проверим результат с помощью калькулятора веса на других планетах.

https://spacegid.com/media/ves/ - калькулятор веса на других планетах

Задание 5 (по группам): Используя приведенную ниже таблицу , рассчитайте вес взрослого человека на Сатурне, Уране, Меркурии и Венере. Расположите полученные значения в порядке возрастания, сравните с весом человека на Земле. Объясните причину изменения веса.

Земля занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них - Сатурне и Уране - сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других - Юпитере и Нептуне - больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дан с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на экваторе на несколько процентов.

Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.

На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.

Задание 6: Определите вес взрослого человека на Солнце (массу и размеры возьмите из справочника Рымкевича) и сравните ее с силой тяжести.

А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 28 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 2 т и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью. Впрочем, еще не достигнув Солнца, все превратилось бы в раскаленный газ. Другое дело - крошечные небесные тела, такие как спутники Марса и астероиды. На многих из них по легкости можно уподобиться... воробью!

Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили на поверхность Луны, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные нами значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере удвоить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.

Домашнее задание:

1. Определите вес взрослого человека на одном из спутников Марса и на любом астероиде. Сделайте вывод о реальности путешествия по Солнечной системе.

2. Просмотрите видео по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=SF9yunc4e50 -Почему гравитация ЗАМЕДЛЯЕТ ВРЕМЯ? (feat. Артур Шарифов)

         Запишите основные мысли по теме видео и ответьте на вопрос : Как связана            гравитация и период вращения небесного тела?

3. При какой продолжительности суток на Земле тела на экваторе невесомы? Сделайте вывод: Можно ли определить вес космонавта на космической станции, находящейся на околоземной орбите?

4. Определите среднюю плотность Солнца, если его масса равна 2*1030кг, а ускорение свободного падения вблизи поверхности равно 1500 м/с2.

Материалы к разработке:

https://prosto-o-slognom.ru/astronomia/48.html - статья Коротцева О.Н.

https://spacegid.com/media/ves/ - калькулятор веса на других планетах

https://www.youtube.com/watch?v=SF9yunc4e50 -Почему гравитация ЗАМЕДЛЯЕТ ВРЕМЯ? (feat. Артур Шарифов)

https://www.youtube.com/watch?v=EPNygKRQ4SQ - площадка планетария г. Брно (Чехия) (Все ссылки рабочие, при слабом интернете лучше заранее скачать видео)

Воронцов- Вельяминов Б.А. Астрономия. Базовый уровень.11 класс: учебник/ -М.: Дрофа, 2018

Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл.: учебник для общеобразоват. организаций: базовый и углубл. уровни/ под ред. Н.А. Парфентьевой Н.А.-М. Просвещение, 2020

Парфентьева Н.А. Сборник задач по физике.10-11 кл.: учебн. пособие для общеобразоват. Организаций-М.: Просвещение, 2019

Комолова Л.Ф. Физика. Сборник задач и упражнений. 10-11 кл.: учебное пособие для общеобразоват.организаций: углубл.уровень-М.: Просвещение, 2020