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 - Реактивное движение. Ракеты. Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 1 Место урока в системе уроков по теме - 21/21 Цель урока - Показать применение закона сохранения импульса для реактивного движения. Задачи урока - Дать понятие реактивного движения; рассмотреть устройство ракеты, показать применение закона сохранения импульса для реактивного движения. Формировать умения анализировать, устанавливать связи между элементами содержания ранее изученного материала по основам механики, навыки поисковой познавательной деятельности, способность к самоанализу. Воспитывать бережное отношение к окружающему нас миру: природе, космосу; показать огромный вклад ученых, инженеров в дело создания многоступенчатой ракеты для освоения космического пространства Планируемые результаты - —Наблюдать и объяснять полет модели ракеты 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 1) Что называется импульсом тела ? 2) Почему импульс векторная величина? 3) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ? 4) В чем заключается закон сохранения импульса? 5) При каких условиях выполняется этот закон? 6) Какую систему называют замкнутой? 7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья? Самостоятельная работа на 10 мин. Вариант I 1. Тележка массой 0,2 кг движется равномерно по горизонтальной поверхности стола со скоростью 2м/с . Чему равен ее импульс? А. 0,4 кг х м/с Б. 0,2 кг х м/с В. 4 кг х м/с 2. На рисунке представлен график зависимости скорости тела от времени. Определите импульс тела через 4 с: после начала движения, если масса этого тела 2 кг А. 8 кг х м/с Б. 40 кг х м/с В. 80 кг х м/с 3. На рисунке изображены два шара, движущиеся с одинаковыми скоростями. Сравните импульс первого шара Р1 с импульсом второго шара Р2. А. Р1 = Р2 Б. Р1 > P2 В. P1 < P2 4. Чему равно изменения импульса тела, если на него подействовала сила 15Н в течении 5 с? А. 3 кг х м/с Б. 75 кг х м/с В. 1/3 кг х м/с 5. Тележка массой кг движется со скоростью 3 м/с , сталкивается с неподвижной тележкой массой 4 кг и сцепляется с ней. Определить скорости тележек после взаимодействия. 6. Шарик, подвешенный на нити, движется так, как показано на рисунке. При этом, на него действуют сила тяжести и сила упругости нити. Куда направлен импульс шарика? Вариант 2 1. Мяч массой 0,5 кг летит со скоростью 5 м/с. Чему равен импульс мяча? А. 0,5 кг х м/с Б.2,5 кг х м/с В. 2 кг х м/с 2. На рисунке представлен график зависимости скорости телаот времени. Определите импульс тела через 4 с после начала движения, если масса этого тела 2 кг 3. На рисунке изображены два движущихся шара, имеющиходинаковую массу. Сравните импульс первого шара Р1 с импульсом второго шара Р2 А. Р1= Р2 Б. P1 > P2 В. P < P 4. Чему равно изменения импульса, если в течение 4с на него действовала сила 20Н? А. 8 кг х м/с Б. 40 кг х м/с В. 80 кг х м/с 5. На неподвижную тележку массой 10 кг прыгает мальчик массой 40 кг. Скорость движения мальчика равна 2 м/с и направлена горизонтально. Определите скорость движения тележки с мальчиком. А. 80 кг х м/с Б. 5 кг х м/с В. 1/5 кг х м/с 6. Шарик катится по гладкой горизонтальной поверхности. На него действуют сила тяжести сила упругости. Куда направлен импульс шарика? 3.Изучение новых знаний и способов деятельности (работа со слайдами презентации) На прошлом уроке мы с вами приступили к изучению такого понятия как импульс тела, который является одним из фундаментальных понятий классической механики. Вспомним, что импульс тела — это физическая векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость, а направление вектора импульса совпадает с направлением вектора скорости. Сегодня мы познакомимся с явлением, в основе которого лежит закон сохранения импульса Откройте рабочие тетради, запишите число и тему урока: "Реактивное движение. Ракеты." Для начала рассмотрим несколько примеров, подтверждающих справедливость закона сохранения импульса. Рис. 1 На нитях подвешиваются два шарика (см. рис. 1 а и б). Правый шарик отклоняют и отпускают. Вернувшись в прежнее положение и ударившись о неподвижный шарик, он останавливается. При этом левый шарик приходит в движение и отклоняется практически на тот же угол, что и отклоняли правый шар. Наверняка многие из вас наблюдали, как приходит в движение надутый воздухом воздушный шарик, если развязать нить, стягивающую его отверстие. (демонстрация). Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю. При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону движения воздуха. Согласно действующему в природе закону сохранения импульса суммарный импульс системы, состоящей из двух тел – шарика и воздуха в нем, – должен остаться таким же каким был до начала истечения воздуха, т. е. равным нулю. Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе сторону с такой скоростью, что его импульс равен по модулю импульсу воздушной струи. Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны. В результате суммарный импульс взаимодействующих тел остается равным нулю. Движение шарика является примером реактивного движения. Что такое реактивное движение? На сегодняшний день реактивное движение широко распространено не только среди ракет и самолетов, многие животные тоже используют реактивное движение. Например, такие морские животные, как осьминоги или каракатицы, а также медузы, используют как раз реактивное движение. Они набирают воду, потом ее под давлением из себя выдавливают, и вот это как раз приводит к тому, что они быстро перемещаются под водой. Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении от тела его части с некоторой относительно тела скоростью. При этом появляется так называемая реактивная сила, толкающая тело в сторону, противоположную направлению движения отделяющейся от него части тела. Обратимся к опыту с Г-образной трубкой, где мы можем наблюдать как трубка отклоняется в сторону, противоположную направлению струи. Запишем определение: Движение, которое возникает как результат отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части, называется реактивным движением. Как связано реактивное движение с импульсом? Если мы рассматриваем тело, в котором находится определенное количество газов (а именно за счет газов чаще всего и осуществляется реактивное движение в технике), и если эта масса газов отделяется от тела с большой скоростью, то импульс газов будет равен импульсу самого тела. Важно понимать, как скорость газов влияет на увеличение скорости оболочки, т.е., чем больше скорость вырывающихся газов, тем больше скорость самой оболочки. Заметим, что полученная формула записана для мгновенного сгорания газов, а в ракетах не происходит такого — топливо сгорает постепенно. Реактивное движение бывает двух видов. Реактивное движение «само по себе», характерно для ракет в космосе. Движение ракет обеспечивается наличием топлива и окислителя для него внутри самой ракеты. Воздушно-реактивное движение — второй вид реактивного движения, характерный для реактивных самолетов. В этом случае никакой окислитель не нужен, потому что самолет летит в воздушном пространстве и, двигаясь с большой скоростью, прокачивает через себя большое количество воздуха (кислорода), который и окисляет топливо, дает большую температуру сгорания. Образуются газы, которые заставляют двигаться самолет вперед. Чтобы перемещаться в пространстве, необходимо постоянно увеличивать массу горючего. Так, например, чтобы создать такую ракету, которая преодолела бы силу притяжения Солнца, потребуется масса топлива в 55 раз больше, чем масса самой ракеты. Если говорить об устройстве ракеты, важно понимать, что все ракеты строятся по одному и тому же принципу. Во-первых, это головная часть. Приборный отсек. Вторая часть — это бак с топливом и окислитель. При смешивании этих двух частей происходит возгорание и сгорание топлива. Далее идут насосы и обязательно сопло. Форма сопла, того места, откуда вырываются газы, имеет значение. Оказывается, изменение формы позволяет изменять скорость движения. Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит Константину Эдуардовичу Циолковскому. Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рассчитал запасы топлива, необходимые для преодоления силы земного притяжения, основы теории жидкостного реактивного двигателя, а также элементы его конструкции, теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одновременно) и последовательный, когда реактивные двигатели работают друг за другом. Труды Циолковского явились теоретической базой для развития современной ракетной техники. Рассмотрим вопрос об устройстве и запуске так называемых ракет-носителей, т.е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов. В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. На рисунке 2 изображена ракета в разрезе. Мы видим, что оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.). Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода). Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струей устремляется наружу через раструб специальной формы называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи газов. С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа? Дело в том, что от этой скорости зависит скорость ракеты. Это можно показать с помощью закона сохранения импульса. Для простоты рассуждений будем пока считать, что ракета представляет собой замкнутую систему (т. е. не будем учитывать действие на нее силы земного притяжения). Поскольку до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из нее газа тоже должен быть равен нулю. Отсюда следует, что импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны друг другу по модулю. Значит, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты. С какой скоростью движется оболочка ракеты? Запишем закон сохранения импульса для замкнутой системы двух тел: газа и оболочки. Помимо скорости истечения газа существуют и другие факторы, от которых зависит скорость движения ракеты. Ясно, что выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Мгновенное сгорание – это взрыв, такого быть не может. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому точного расчета используются более сложные расчеты. Мы рассмотрели устройство и принцип действия одноступенчатой ракеты, где под ступенью подразумевается та часть, которая содержит баки с горючим и окислителем и двигатель. Современные технологии производства ракетоносителей не могут позволить превысить скорости 8-12 км/с. Для третьей космической скорости (16,4 км/с) необходимо, чтобы масса топлива превосходила массу оболочки носителя почти в 55 раз, что на практике невозможно. Для этого используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полетов, чем одноступенчатые. На рисунке 3 показана схема трехступенчатой ракеты. После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени. Уменьшение общей массы ракеты путем отбрасывания уже ненужной ступени позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты. Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень. Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости ее движения, что приводит к уменьшению скорости и дает возможность осуществить посадку. Идея использования ракет для космических полетов была выдвинута в начале XX в. русским ученым, изобретателем и учителем Константином Эдуардовичем Циолковским. Циолковский разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчета их скорости, был первым, кто предложил использовать многоступенчатые ракеты. Полвека спустя идея Циолковского была развита и реализована советскими учеными под руководствомСергея Павловича Королева. Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире животных и растений. Например, созревшие плоды "бешеного" огурца при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки и из образовавшегося отверстия выбрасывается фонтаном со скоростью 10 м/с горькая жидкость с семенами сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении (см. рис. 4). Стреляет "бешеный" огурец (иначе его называют "дамский пистолет") более чем на 12 м. – А теперь на ваших партах находятся файлы с текстом 'Живые ракеты" примеры реактивного движения в водной среде Прочитайте текст и ответьте на поставленные вопросы. (7-9 мин.). 4.Обобщение и систематизация. Закон сохранении импульса дает возможность говорить о таком важном явлении, как реактивное движение. Подведем итоги урока. Закон сохранения импульса гласит, что импульс замкнутой системы тел сохраняется при любых взаимодействиях этих тел. В случае незамкнутой системы тел закон сохранения импульса используется, если: Геометрическая сумма внешних сил равна нулю. Время взаимодействия мало (взрыв, удар, выстрел). Закон сохранения импульса дает возможность говорить о таком явлении, как реактивное движение. Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении от тела его части с некоторой относительно тела скоростью. Большая заслуга в развитии теории реактивного движения принадлежит Константину Эдуардовичу Циолковскому, который предложил теорию многоступенчатых ракет. 5.Домашнее задание: §21, упр. 21 (1, 2)
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Конспект.docxЖивые ракеты Реактивное движение, используемое в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам. Все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды. Именно это дало повод назвать кальмаров биологическими ракетами. В мышцах кальмара в результате сложных превращений химическая энергия превращается в механическую. Наибольший интерес представляет реактивный «двигатель» кальмара. При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань -мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло. Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 - 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют "живой торпедой". Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя. Реактивное движение используется многими моллюсками - осьминогами, кальмарами, каракатицами, медузами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок. Почему же двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров, является объектом тщательных исследований биологов? У кальмара засасывание воды и ее выбрасывание происходит за счет сокращения мышц, возбуждаемых нервами. Чтобы увеличить скорость движения, т.е. число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которой обладают кальмары вследствие большого диаметра нервов. Известно, что у кальмара самые крупные в животном мире нервные волокна (диаметр 1 мм) они проводят возбуждение со скоростью 25 м/с. Этим объясняется большая скорость движения кальмаров (до 20 м/с). Поиски инженеров направлены на создание конструкции такого гидрореактивного двигателя. Который бы, как и кальмар, не нуждался в дополнительном засасывающем устройстве. 1. Выберите правильное утверждение. А) Реактивный способ движения основан на законе Всемирного тяготения. Б) Реактивный способ движения основан на законе сохранения импульса. В) Реактивный способ движения основан на законе Архимеда. 2. Какие утверждения справедливы? А) При реактивном способе плавания кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибая его. Б) При реактивном способе плавания кальмар производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель в мантийную полость. В) При реактивном способе плавания кальмар движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок. 3. Почему двигатель кальмара привлекает внимание биологов? А) Потому что с помощью этого «двигателя» кальмар развивает достаточно большую скорость. Б) Потому что кальмары обладают повышенной проводимостью нервных волокон, вследствие их большого диаметра. В) Поиски биологов направлены на создание конструкции такого гидрореактивного двигателя, который бы, как и кальмар, не нуждался в дополнительном засасывающем устройстве
Автор(ы):
Скачать: Физика 9кл - живые ракеты.docxАвтор(ы):
Скачать: Физика 9кл - Презентация к уроку.pptx
