Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Название предмета - физика Класс - 9 УМК (название учебника, автор, год издания) - Физика. 9 кл.: учебник/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. - М.: Дрофа, 2014. Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный) - базовый Тема урока - Искусственные спутники Земли. Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1 Место урока в системе уроков по теме - 19/19 Цель урока - изучить движение тел в гравитационном поле Земли. Задачи урока - Углубить понимание закона Всемирного тяготения и движения по окружности путем их применения для вывода формулы первой космической скорости. Познакомить учащихся с историей запусков ИСЗ, с успехами и трудностями, которые пришлось преодолеть нашим ученым, физикам, конструкторам первых космических аппаратов. Продолжить обучение умению выделять главное, существенное в изучаемом материале на основе сравнения скоростей, сообщаемым телам в горизонтальном направлении у поверхности Земли, с траекториями движения в поле тяготения Земли, анализировать , проводить сравнения, находить общие и отличительные черты , делать выводы. Развивать познавательную, информационно-коммуникативную компетенции. Воспитывать чувство патриотизма и гордости за свою Родину. Планируемые результаты - Знакомство с историей запусков ИСЗ, с успехами и трудностями, которые пришлось преодолеть нашим ученым, физикам, конструкторам первых космических аппаратов. Вывод первой космической скорости. Техническое обеспечение урока -компьютер, мультимедийный проектор Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока (возможны ссылки на интернет-ресурсы) – презентация к уроку с диска «Физика 9 класс» от VIDEOUROKI.NET https://videouroki.net/look/diski/fizika9/index.html Содержание урока 1. Организационный этап 1. Взаимное приветствие учителя и обучающихся; проверка отсутствующих по журналу. 2. Актуализация субъектного опыта обучающихся Фронтальная беседа по вопросам 3.Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации) Сказал "поехали" Гагарин, Ракета в космос понеслась. Вот это был рисковый парень! С тех пор эпоха началась. Эпоха странствий и открытий… Махмуд Отар-Мухтаров На прошлом уроке мы с вами рассматривали равномерное движение тела по окружности. Напомним, что основными характеристиками такого движения являлись линейная и угловая скорость, период и частота вращения, а также центростремительное ускорения. Примером подобного движения служит обращение планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет. Рассмотрим более детально вопрос о запуске и движении искусственных спутников Земли (сокращенно ИСЗ). Чтобы понять, при каких условиях тело может стать искусственным спутником Земли, рассмотрим рисунок. Он представляет собой копию рисунка, сделанного Ньютоном. На этом рисунке изображен земной шар, а на нем показана высокая гора, с вершины которой бросают камни, придавая им различные по модулю горизонтально направленные скорости. В подписи к рисунку говорится: «Брошенный камень отклонится под действием силы тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет, наконец, на Землю. Если его бросить с большой скоростью, то он упадет дальше». Продолжая эти рассуждения, Ньютон приходит к выводу, что при отсутствии сопротивления воздуха и при достаточно большой скорости тело вообще может не упасть на Землю, а будет описывать круговые траектории, оставаясь на одной и той же высоте над Землей. Такое тело становится искусственным спутником Земли. Движение спутника является примером свободного падения, так как происходит только под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря тому, что обладает достаточно большой скоростью, направленной по касательной к окружности, по которой он движется. Значит, для того чтобы некоторое тело стало искусственным спутником Земли, его нужно вывести за пределы земной атмосферы и придать ему определенную скорость, направленную по касательной к окружности, по которой он будет двигаться. Наименьшая высота над поверхностью Земли, на которой сопротивление воздуха практически отсутствует, составляет примерно 300 км. Поэтому обычно спутники запускают на высоте 300—400 км от земной поверхности. Выведем формулу для расчета скорости, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником Земли, двигаясь вокруг нее по окружности. Движение спутника происходит под действием одной только силы тяжести. Эта сила сообщает ему ускорение свободного падения g, которое в данном случае выполняет роль центростремительного ускорения. Мы знаем, что центростремительное ускорение определяется по формуле: а равно вэ квадрат деленное на эр. где вэ — это модуль скорости, с которой тело движется по окружности радиуса R. Значит, для спутника жэ равно вэ квадрат деленное на эр. Из этой формулы легко получить формулу, по которой определяется скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось по окружности вокруг Земли на расстоянии Rот ее центра. Эта скорость называется первой космической скоростью (круговой). Первая космическая скорость для данной планеты — это скорость, которую надо сообщить телу при запуске, чтобы оно стало спутником планеты и при этом двигалось по круговой орбите вблизи ее поверхности. Если высота h спутника над поверхностью Земли мала по сравнению с земным радиусом, то ею можно пренебречь и считать, что расстояние до спутника равно радиусу Земли. Тогда формула для расчета первой космической скорости спутника, движущегося вблизи поверхности Земли, будет выглядеть так: вэ равно корень квадратный из жэ умноженное на радиус Земли. Если принять, что ускорение свободного падения у поверхности Земли равно 9,8 метра деленного на секунду в квадрате, а радиус Земли равным 6400 километров, то получим, что первая космическая скорость для Земли равна 7,9 километра в секунду. Аналогичными рассуждениями мы с вами можем рассчитать первую космическую скорость для любой планеты. Например, пусть искусственный спутник находится на высоте h над поверхностью планеты. Сила тяготения сообщает спутнику центростремительное ускорение. Тогда, если во второй закон Ньютона подставить формулу для расчета центростремительного ускорения и учесть формулу для силы тяготения, то мы получим формулу для расчета линейной скорости спутника, движущегося по круговой орбите на высоте h над поверхностью планеты. Здесь G — гравитационная постоянная, М — масса планеты, R — ее радиус. Из этой формулы мы видим, что чем больше высота, на которой запускается спутник, тем меньшую скорость ему нужно сообщить для его движения по круговой орбите. Например, на высоте 300 км над поверхностью Земли первая космическая скорость приблизительно равна 7,8 километров в секунду, а на высоте 500 км — 7,6 километров в секунду. Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землей, превышает соответствующую этой высоте первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс. Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При некотором значении этой скорости, тело может преодолеть Земное притяжение. Эту скорость назвали второй космической скоростью. Для Земли вторая космическая скорость приблизительно равна 11.2 километра в секунду. При этой скорости тело преодолевает притяжение к Земле и уходит в космическое пространство, становясь спутником Солнца. Для запуска спутников применяют ракеты. Первые прототипы современных ракет были предложены Константином Эдуардовичем Циолковский еще в 1903 году. Результат первой публикации оказался совсем не тем, какого ожидал Циолковский. Ни соотечественники, ни зарубежные учёные не оценили исследования, которыми сегодня гордится наука — оно просто на эпоху обогнало свое время. 4 октября 1957 г. в Советском Союзе был запущен первый в истории человечества искусственный спутник Земли. Спутник в виде шаpa диаметром 58 сантиметров и массой 83,6 килограмм и ракета-носитель долгое время двигались над Землей на высоте в несколько сотен километров. Первым животным, выведенным на орбиту Земли, была собака Лайка. Она была запущена в космос 3 ноября 1957 года в половине шестого утра по московскому времени. Первые животные, совершившие орбитальный космический полёт на корабле «Спутник-5», и вернувшиеся на Землю невредимыми были Белка и Стрелка — советские собаки-космонавты. Старт состоялся 19 августа 1960 года, полёт продолжался более 25 часов, за время которого корабль совершил 17 полных витков вокруг Земли. 12 апреля 1961 г. первый в мире летчик-космонавт, наш соотечественник Юрий Алексеевич Гагарин совершил космический полет на корабле-спутнике «Восток». В настоящее время сотни спутников запускаются каждый год в научно-исследовательских и практических целях. Помимо первой и второй космической скорости, существуют еще две — это третья и четвертая космическая скорости. Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство. Взлетая с поверхности Земли и наилучшим образом используя орбитальное движение планеты космический аппарат может достичь третью космическую скорость уже при 16,6 километров в секунду относительно Земли, а при старте с Земли в самом неблагоприятном направлении его необходимо разогнать до 72,8 километра в секунду. Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение галактики Млечный Путь. Четвёртая космическая скорость не постоянна для всех точек Галактики, а зависит от расстояния до центральной массы (для нашей галактики таковой является объект альфа Стрелеца, предположительно чёрная дыра). По грубым предварительным расчётам в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с (значение сильно зависит от расстояния звезды до альфа Стрельца, а точное значение неизвестно, поскольку нет точных данных о распределении масс вещества по Галактике). К примеру скорость движения самого Солнца вокруг центра галактики составляет примерно 220 км/с, и если бы оно двигалось примерно вдвое-втрое быстрее, то перестало бы быть спутником объекта альфа Стрельца и со временем покинуло бы Млечный Путь. Подведем итоги урока. Искусственный спутник Земли — космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите. Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь начальную скорость, равную или большую первой космической скорости. Если телу сообщить скорость, порядка 11.2 километра в секунду то тело покинет околоземную орбиту и станет спутником Солнца. Рекомендации: интересный материал о космонавтике можно найти на сайте Роскосмоса: www. federalspace.ru, блог космонавта МКС, героя Российской Федерации Максима Сураева; о движении тел в поле тяготения Земли – документальный сериал BBC с участием профессора Брайана Кокса «Чудеса Вселенной», серия «Падение». 4. Домашнее задание §19, упражнение 19. Сочинить синквейны на темы: «Искусственный спутник Земли», «Невесомость».
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptx
