Конспект урока на тему Искусственные спутники Земли. Первая космическая скорость (9 класс)

МБОУ КСОШ №1

Искусственные спутники Земли. Первая космическая скорость. 9-й класс

учитель физики Назарова О.А.

"В погоне за светом и знаниями человечество сначала выглянет за атмосферу, а потом завоюет себе всё околосолнечное пространство" К.Э.Циолковский

Цель:

• Сформулировать понятие первой космической скорости.

• Работать над развитием логической мысли учащихся.

Задачи:

• Дать значение 1-й космической скорости.

• Показать, как изменяется траектория при изменении значения скорости.

• Научить использовать космическую скорость при решении задач.

Технологии:

• Элементы тестовой технологии

• Элементы групповой технологии

Ход урока

1. Проверка знаний.

Учитель: Внимание, сегодня необычный урок. Все мы находимся на стартовой площадке и отправимся сегодня в путешествие с очень большой скоростью.

А на чем мы сегодня полетим, вы узнаете, отгадав загадку:
Чудо птица, алый хвост,
Прилетела в стаю звёзд. (Ракета.)

С какой скоростью должна двигаться ракета, чтобы вывести корабль на околоземную орбиту. На этот вопрос мы должны сегодня ответить все вместе.

Увеличивать скорость будем постепенно. Первым шагом на пути в космическое пространство, чтобы набрать высоту придётся ответить на вопросы:

Мы предварительно разбились на 5 экипажей и вопросы сейчас будут звучать для ваших команд. За ответ на вопрос экипаж получит звезду.

Экипаж 1

1. Какая планета называется голубой?

2. Тело движется по окружности по часовой стрелке, как направлен вектор скорости тела?

Экипаж 2

1. Что является естественным спутником Земли?

2. Что называют свободным падением? Чему равно ускорение свободного падения на Земле?

Экипаж 3

1. Кто и когда совершил первым полёт в космос?

2. Как читается закон всемирного тяготения?

Экипаж 4

1. Сформулируйте первый закон Ньютона.

2.Как называется ускорение когда тело движется по окружности?

Экипаж 5

1. Что является естественным спутником Солнца?

2. Сформулируйте второй закон Ньютона.

Экипажи к полету готовы, а теперь проверим готовность каждого члена команда, проедем тест опорос - надо обвести правильный ответ . Время 3 минуты. (раздаются листочки каждому учащемуся,)

1 вариант Ф.И.ученика_______________________________________

1.

Существует ли ускорение свободного падения на Марсе ?

а) да

б) нет

в) не всегда

г) не знаю

2.

Какова формула второго закона Ньютона?

а) F=m/а

б) m=g/F

в) a=F/m

3.

Чему равна сила тяжести действующая на тело массой 45 кг?

а) 0, 45г

б) 450 кг

в) 45 Н

г) 450Н

4.

Какова сила притяжения тел к Луне?

а) такая же, как на Земле

б) в шесть раз меньше, чем на Земле

в) в шесть раз больше, чем на Земле

5.

Если увеличить расстояние между двумя телами в 3 раза, то сила всемирного тяготения:

а) уменьшится в 3 раза

б) уменьшится в 9 раз

в) увеличится в 3 раза

г) увеличится в 9 раз

2 вариант Ф.И.ученика___________________________________

1.

Как меняется сила тяжести, действующая на тело, при удалении его от поверхности Земли?

а) не меняется

б) увеличивается

в) уменьшается

2.

Чему равна сила тяжести действующая на тело массой 20 кг?

а) 200Н

б) 20 кг

в) 0,2 Н

г) 20Н

3.

Если увеличить массу одного из тел в 3 раза, то сила всемирного тяготения:

а) уменьшится в 3 раза

б) уменьшится в 9 раз

в) увеличится в 3 раза

г) увеличится в 9 раз

4.

Какова формула второго закона Ньютона?

а) m=а/F

б) a=F/m

в) F=m/g

5.

Притягивается ли Земля к висящему на ветке яблоку?

а) нет

б) да

в) не всегда

г) не знаю

3 вариант Ф.И.ученика_______________________________________

1.

Существует ли ускорение свободного падения на Солнце ?

а) не всегда

б) нет

в) да

г) не знаю

2

Если увеличить расстояние между двумя телами в 2 раза, то сила всемирного тяготения:

а) уменьшится в 2 раза

б) увеличится в 2 раза

в) уменьшится в 4 раз

г) увеличится в 4 раз

3.

Какова формула второго закона Ньютона?

а) F=m/g

б) m=g/F

в) a=F/m

4.

Чему равна сила тяжести действующая на тело массой 4 кг?

а) 40Н

б) 0, 4г

в) 40 кг

г) 4 Н

5.

Какова сила притяжения тел к Луне?

а) в шесть раз меньше, чем на Земле

б) такая же, как на Земле

в) в шесть раз больше, чем на Земле

4 вариант Ф.И.ученика___________________________________

1.

Какова формула второго закона Ньютона?

а) m=g/F

б) a=F/m

в) F=m/а

2.

Притягивается ли Земля к висящему на ветке яблоку?

а) нет

б) не знаю

в) не всегда

г) да

3.

Как меняется сила тяжести, действующая на тело, при удалении его от поверхности Земли?

а) не меняется

б) увеличивается

в) уменьшается

4.

Чему равна сила тяжести действующая на тело массой 0,2 кг?

а) 20Н

б) 2 кг

в) 0,2 Н

г) 2Н

5.

Если увеличить массу одного из тел в 4 раза, то сила всемирного тяготения:

а) уменьшится в 4 раза

б) уменьшится в 8 раз

в) увеличится в 4 раза

г) увеличится в 16 раз

Ответы к тесту

№ вопроса

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

1

А

В

В

Б

2

В

А

В

Г

3

Г

В

В

В

4

Б

Б

А

Г

5

Б

Б

А

В

2. Объяснение нового материала

Учитель:

Преодолев земное притяженье,
Ракета от Земли оторвалась…
И не было счастливее мгновенья -
Здесь новая эпоха началась.

Ступень… вторая… Третья отделилась,
Сгорая в атмосфере без следа…
А над Землей внезапно появилась
Стремительно летящая звезда.

И Человечество застыло в изумленье:
Летящий в небе серебристый шар -
Рук человеческих великое творенье -
Был послан от Земли Вселенной в дар.

Учитель

Что нужно сделать, чтобы тело стало искусственным спутником Земли?

Наш экипаж набирает новую высоту.

Вопрос:

А что нужно сделать, чтобы тело стало искусственным спутником Земли?

Писатели-фантасты уже несколько веков рисуют нам картины создания искусственных спутников Земли. И один из таких проектов вовсе не кажется безнадежным. Вообразите себе пушку, стоящую на высокой башне. Если из пушки выстрелить, то ядро, описав дугу, упадет на землю. Если же в пушку положить побольше пороху, то ядро получит большую скорость и упадет дальше. При этом Земля вследствие вращения как бы "убегает" от ядра. Если продолжать увеличивать начальную скорость, ядро будет падать все дальше и дальше.

Наконец, можно выстрелить так, что ядро никогда не упадет. Оно будет кружить вокруг нашей планеты, то есть превратится в искусственный спутник Земли. Для этого нужно подобрать такую начальную горизонтальную скорость, чтобы поверхность Земли из-за ее шарообразности удалялась от тела как раз на столько, на сколько тело приближается к Земле благодаря притяжению к ней.

Рассчитаем, с какой скоростью должно вылететь ядро, чтобы стать искусственным спутником Земли, то есть обращаться вблизи Земли по круговой орбите.

Модель:

1. Земля является однородным шаром с радиусом 6400 км.

2. На тело не действуют никакие силы, кроме силы тяготения, направленной к центру Земли.

3. Спутник будем считать материальной точкой.

Гравитационная сила, действующая на спутник

М - масса Земли

m - масса спутника

R - радиус Земли

h - высота спутника над поверхностью Земли.

Выводим выражение для скорости:

Выводы:

1. Скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли

2. Скорость не зависит от массы спутника

Если принять h = 0, то вблизи поверхности Земли

и

и тогда

Вычисляя, получаем, что скорость равна приблизительно 8000 м/с

Тело, скорость которого равна 7,9 км/с и направлена горизонтально относительно поверхности Земли, становится искусственным спутником, движущимся по круговой орбите на небольшой высоте над Землей.

Космическая скорость

Значение

км/с

Вид траектории

Движение тела

Первая

7,9

окружность

Спутник Земли

11,2>v>7,9

Эллипс

Вторая

11,2

парабола

Покидает пределы Солнечной системы

Физминутка.

А сейчас мы с вами, дети,
Улетаем на ракете,
На носки приподнялись,
А потом все руки - вниз.
Раз, два
(стойка на носках, руки вверх, ладони образуют « купол ракеты»)
Три, четыре
( основная стойка)
Вот летит ракеты ввысь-
Приседай, посторонись!

Экипажи получили небольшое задание к этому уроку

1-й экипаж: подготовил небольшое сообщение о ученых внесших вклад в развитие космонавтики

2-й экипаж: небольшие сообщения о космонавтах

3-й экипаж: сообщение о первом ИСЗ Земли

4-й экипаж: сообщение о ИСЗ Солнца и других планет

5-й экипаж: применение ИСЗ

1-й экипаж: подготовил небольшое сообщение о ученых внесших вклад в развитие космонавтики

До 1957 года комические полеты были только теоретическими проектами, над которыми трудились такие ученые как Николай Иванович Кибальчич, Константин Эдуардович Циолковский, Сергей Павлович Королев, Фридрих Артурович Цандер, Мстислав Всеволодович Келдыш и многие другие.

2-й экипаж: небольшие сообщения о космонавтах

12 апреля 1961 года на космическом корабле "Восток" Ю. А. Гагарин совершил первый полет в космос.

16-19 июня 1963 года космический полет совершила первая в мире женщина-космонавт В.В. Терешкова.

18 марта 1965 года Алексей Архипович Леонов совершает первый выход в открытое космическое пространство.

3-й экипаж: сообщение о первом ИСЗ Земли

Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года. Спутник был сферической формы (диаметром 58 см) и весил 83,6 кг. Он просуществовал 92 дня, совершив 1400 оборотов вокруг Земли.

Запуск первого спутника Земли был произведен в год 100-летия К.Э.Циолковского - основоположника космических полетов.

Дата запуска 4 октября - считается началом космической эры человечества, а в России отмечается как памятный День Космических войск.

3 ноября 1957 был запущен второй ИСЗ весом 508,3 кг. Это была настоящая научная лаборатория. Впервые в космическое пространство отправилось живое существо - собака Лайка.

4-й экипаж: сообщение о ИСЗ Солнца и других планет

Впервые в мире вторая космическая скорость была достигнута при полете советского космического аппарата "Луна-1". Он был запущен 2 января 1959 года и стал первым искусственным спутником Солнца.

3 февраля 1966 года советская АМС "Луна-9" совершила мягкую посадку на Луну и передала на Землю изображение с панорамой лунного ландшафта.

1 марта 1966 года советская космической скоростью АМС "Венера-3" достигла поверхности Венеры, осуществив первый полет на другую планету.

5-й экипаж: применение ИСЗ

За годы освоения космоса в мире созданы и эксплуатируются более 20 космодромов и ракетных полигонов, сотни боевых ракетных шахт и установок, всего запущено свыше 6000 космических объектов, из них около 700 в настоящее время эксплуатируются но околоземных орбитах. Ежегодно осуществляется около100 запусков объектов в космос, в которых участвуют более 20 стран.

Применяются ИСЗ для:

- научных исследований

- прогноза погоды

- теле- и радиосвязи

-фотографирования поверхности Земли (составление географических карт) и др.

3. Закрепление новых знаний

Учитель:

Информация, которую получают с помощью искусственных спутников, позволяет изучить планеты Солнечной системы, объяснить ее происхождение и ответить на многие важные вопросы.

Очень долго на орбите работала космическая станция "Мир". За годы ее работы проделано огромное количество различных экспериментов и в том числе для ребят были сняты специальные фильмы о том, как происходят физические явления в космосе. Давайте сейчас побываем на этой станции и посмотрим на нашу планету из космоса.

Фрагмент фильма Уроки с орбитальной станции "Мир"

Мы с вами побывали на станции "Мир", увидели, как выглядит Земля из космоса.

А теперь давайте заглянем в будущее. Уже сейчас мы запускаем искусственные спутники к планетам Солнечной системы, а может, через несколько лет там будут созданы космические города и с них будет производиться запуск искусственных спутников к другим небесным телам.

Ваш космический корабль произвел вынужденную посадку на одну из планет Солнечной системы С какой же скоростью должны стартовать ракеты с поверхности Марса, Луны, Плутона, Меркурия и Венеры, чтобы стать их искусственными спутниками?

Ответы на этот вопрос будут искать экипажи стартующих ракет.

1 задание:

Экипажам придется определить скорость космического корабля для запуска его на круговую орбиту планеты. т.е. Вычислить первую космическую скорость

Атмосферы планет разреженные (можно пренебречь силами сопротивления).

1-й экипаж: для Меркурия (масса= 0,056 Мз (3610²² кг.), радиус = 2 400 км)
2-й экипаж: для Марса (R=3400 км, g=3, 6 м/с²)

3-й экипаж: для Плутона(масса= 0,18·Мз радиус =3 000км)

4-й экипаж: : для Луны (R= 1760 км, g=1, 7 м/с²)

5-й экипаж: : для Венеры (R=6000км, g= 8, 4 м/с²)

Решение:

; ; ;

По итогам расчетов заполняется таблица на доске, команде дается звезда

Мы рассчитали скорость наших космических кораблей и можно смело покорять просторы Солнечной системы.

Вернемся на Землю. Решим 2 задачу.

2 задание:

Какую скорость должен иметь спутник Земли, чтобы обращаться по круговой орбите на высоте?

1-й экипаж: равной радиусу Земли? , h=R, R= 6400км
2-й экипаж: равной двум радиусам Земли? h=2R ,R= 6400км
3-й экипаж: равной трём радиусам Земли? h=3R, R= 6400км

4-й экипаж: : равной четырем радиусам Земли? h=4R, R= 6400км

5-й экипаж: : равной половине радиуса Земли? h=0,5R, R= 6400км

Решение:

По итогам решения заполняется таблица

экипаж

задание

Расчет скорости

Полученная скорость, км/с

1

h=R

^.8км/с

5,6 км/с

2

h=2R

8км/с

4,3 км/с

3

h=3R

v=8 км/с^.0,5

4 км/с

4

h=4R

3,6 км/с

5

h=0,5R

6,6 км/с

Выводы после решения задач:

- Скорость зависит от высоты над поверхностью Земли. Чем выше, тем скорость меньше.

- Скорость не зависит от массы спутника.

- Скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно стало ИСЗ Земли называют 1 космической скоростью.

В итоге давайте вместе попробуем ответить на вопросы теста и узнаем кодовое слово

Тест

1. Когда был запущен И.С.З.

ж) 12 апреля 1961 года

у) 18 мата 1965 года

а) 4 октября 1957 года

п) 20 ноября 2013 года

2. Как должна быть направлена ракета в момент выхода на круговую орбиту, чтобы стать И.С.З.

т) горизонтально

в) вертикально

б) под углом к горизонту

3. Чему равна первая космическая скорость.

ц) 11,2 км/с

в) 2 км/ч

е) 7,9 км/с

ф) 10 м/с

4. Инженер конструктор, руководитель запуска первого И.С.З.

п) Гагарин Юрий Алексеевич

к) Королев Сергей Павлович

л)Леонов Алексей Архипович

5. Чему равна вторая космическая скорость.

а) 11,2 км/с

з) 7,9 км/с

ч) 20 м/с

6. Что произойдет с искусственным спутником Земли, если сообщить ему скорость чуть меньше первой космической скорости?

т) улетит к Солнцу

а) будет вращаться по круговой орбите

р) упадет на Землю

Полученное слово из букв теста- атекар, надо перевернуть. Кодовое слово "ракета"

Экипажи получают отметки за урок.

4. Домашнее задание: параграф 20 Учебник " Физика 9" А. В. Перышкин, Е. М. Гутник, Дрофа 2014.