Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Jaki jakościowy wpływ ma siła grawitacji planet na ruch ich księżyców?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
6) tworzy teksty, tabele, diagramy lub wykresy, rysunki schematyczne lub blokowe dla zilustrowania zjawisk bądź problemu; właściwie skaluje, oznacza i dobiera zakresy osi;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
IV. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:
3) analizuje jakościowo wpływ siły grawitacji Słońca na niejednostajny ruch planet po orbitach eliptycznych i siły grawitacji planet na ruch ich księżyców.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśni, że ruch księżyca wokół planety odbywa się pod wpływem siły grawitacji, która jest siłą centralną,

2. przeanalizuje skutki działania składowych siły grawitacji stycznej i prostopadłej do toru księżyca,

3. wyjaśni, że moment siły grawitacji działającej na księżyc równy jest zeru i dlatego zachowany jest moment pędu księżyca,

4. przeanalizuje zmiany prędkości księżyca wraz odległością od planety, wynikające z zasady zachowania momentu pędu.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania:

wykład informacyjny, pokaz multimedialny, analiza pomysłów

Formy zajęć:

praca w grupach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem lub tablety do dyspozycji każdego ucznia

Materiały pomocnicze:

e‑materiał: „Jak definiuje się siły grawitacji?”, „Prawo powszechnego ciążenia”, „Jak wykorzystać zasadę zachowania momentu pędu w zadaniach?”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie, zgodnie z treścią w części pierwszej „Czy to nie ciekawe?”.
Odwołanie do wiedzy uczniów o sile grawitacji.

Faza realizacyjna:

Uczniowie przypominają prawo powszechnego ciążenia. Nauczyciel tłumaczy, że siła grawitacji jest siłą centralną, co oznacza, że działa wzdłuż prostej łączącej środki ciał, a swobodny ruch ciał w polu siły grawitacji odbywa się po orbitach eliptycznych. Następnie wyjaśnia, czym jest elipsa, definiując jej półoś wielką i małą. Rysuje na tablicy orbitę kołową księżyca, jako szczególny przypadek elipsy. Uczniowie dodają do rysunku wektor siły grawitacji działającej na księżyc i zastanawiają się, jaki jest skutek działania tej siły, dochodząc do wniosku, że jest to siła dośrodkowa, zmieniająca kierunek prędkości, przy zachowaniu stałej wartości prędkości. Uczniowie w grupach wyprowadzają wzór na prędkość księżyca na orbicie kołowej w zależności od masy planety i promienia orbity.
Następnie nauczyciel omawia orbitę eliptyczną z planetą w jednym z ognisk i rysuje taką orbitę na tablicy. Uczniowie dodają do rysunku na tablicy wektor siły grawitacji, działającej na księżyc w różnych punktach orbity i rozkładają go na składową styczną i prostopadłą do toru. Następnie, w dyskusji, uczniowie ustalają, jaki jest skutek działania obu składowych: prostopadła zmienia kierunek prędkości (jest siłą dośrodkową), a styczna zmienia wartość prędkości. Następnie uczniowie analizują ruch księżyca w różnych punktach orbity i dochodzą do wniosku, że w punkcie orbity najbliższym planety, wartość prędkości jest największa, a w punkcie najbardziej oddalonym - najmniejsza. Następnie uczniowie przypominają zasadę zachowania momentu pędu i wspólnie z nauczycielem analizują, czy ta zasada jest spełniona dla księżyca na orbicie wokół planety. Uzasadniają, dlaczego moment siły grawitacji równy jest zero i dochodzą do wniosku, że moment pędu księżyca jest zachowany, więc prędkość musi się zmieniać wraz z odległością od planety.

Faza podsumowująca:

Uczniowie oglądają animację i odpowiadają na pytania w niej zawarte.

Praca domowa:

Zadania z zestawu ćwiczeń: 1 - 3 obowiązkowo, do wyboru jedno z pozostałych zadań.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Animacja może też być wykorzystana przez uczniów po lekcji, do powtórzenia i utrwalenia materiału.