Разработка урока физики Реактивное движение

Урок физики в 10 классе (уровень стандарта)

Учитель: Крестинина И.В., ГБОУ СОШ № 35 г. Севастополя

Тема урока: «Реактивное движение».

Тип урока: урок изучения нового материала.

Цели урока:

1. Образовательные

• изучить понятие реактивного движения (историю открытия и применение);

• показать межпредметные связи (физики и биологии);

• продолжить обучение применению закона сохранения импульса для решения физических задач.

2. Воспитательные

• продолжить формирование познавательного интереса у учащихся;

• в целях интернационального воспитания показать, что наука развивается благодаря работам учёных разных стран и исторических эпох;

• воспитывать наблюдательность и любовь к природе, как к главному учителю человека.

3. Развивающие

• используя главные принципы научного познания, самостоятельно получать новые знания;

• учить видеть важное в повседневном;

• учить применять полученные знания в различных ситуациях.

4. Психолого-педагогические

• создание комфортных и оптимальных условий для учащихся при изучении нового материала;

• акцентировать роль каждого ученика в достижении общей главной цели.

Оборудование:

1. Для демонстраций - воздушные шарики, шёлковая нить, скотч, 3 тонкие пластиковые трубки, пластиковая 2-х литровая бутылка, ёмкость с водой, доска на колёсах (скейт), видеосюжеты («Реактивное движение вокруг нас», «старт ракеты»).

2. ТСО - компьютер, экран.

Методы и приёмы:

• использование дифференцированного подхода в обучении детей с разной организацией мозговой деятельности;

• приём усиления эмоционального восприятия материала при использовании видеосюжетов и музыки;

• проблемный вопрос и проблемная ситуация;

• «мозговой штурм»;

• дифференцированное опережающее домашнее задание;

• итерактивные - самостоятельная работа в группах по изготовлению моделей реактивного движения и демонстрации их действия, по обработке текстов, по решению задач.

Оформление доски:

На центральной части - дата, тема урока, цель урока коротко и лаконично:

(«Дать определение, научиться видеть в природе и технике, уметь объяснять реактивное движение»).

На левой части - этапы физического исследования (по сути это план урока).

Физическое исследование - это целенаправленное изучение

того или иного явления средствами физики:

• наблюдение (восприятие природы с целью получения первичных данных для анализа)

• теоретическое исследование (анализ увиденного явления и попытка объяснить его на основании известных законов)

• размышление и выдвижение гипотез (предположений о том, где и как можно использовать данное явление)

• эксперимент (конструирование приборов, создание моделей)

• практическое применение

• новое знание

На правой части - домашнее задание

Предварительное деление учащихся на группы (после проведения психологического теста по определению типа организации работы мозга):

Группа «Колесо»

1. Мыцьо Ярослав

2. Дробыш Евгения

3. Сакун Сергей

4. Вельбовец Вячеслав

5. Козьменко Виктория

6. Хитров Николай

Это «кинестетики», лучше усваивающие материал через чувственное восприятие, работу руками, моделирование, эмоции и чувства, возникающие от открытия, поэтому обучение эффективнее через мышечную деятельность. Т.к. это «правополушарные» дети, их группа располагается в левой части класса.

Группа «Солнце»

1. Фролов Артём

2. Яценко Дарья

Эти учащиеся в равной степени являются «кинестетиками» и «аудиалами». Обсуждение и открытие при решении задачи для них очень важно. Также, они являются наиболее подготовленными с точки зрения математики. Группа располагается в центре класс, т.к. дети по типу восприятия «равнополушарные».

Группа «Буква»

1. Кручевский Максим

2. Дубинина Анастасия

3. Фоминова Мария

4. Писаренко Павел

Эти учащиеся являются «визуалами». В качестве опережающего домашнего задания им предложено проанализировать тексты, содержащие схемы, картинки и провести их обобщение, т.к. эти учащиеся лучше синтезируют материал, чем анализируют. Они также «правополушарные», поэтому группа располагается преимущественно в левой части класса.

Группа «Звонок»

1. Шик Екатерина

2. Потапенко Екатерина

3. Тимакова Евгения

4. Терентьева Валерия

Это «аудиалы». Для работы им были предложены видеосюжеты и тексты с большим количеством картинок. Изучив их, необходимо было выделить главные достижения в области космонавтики и этапы развития этой области физики. Такие учащиеся более склонны к анализу, чем к синтезу. Группа располагается в правой части класса.

План урока:

1. Организационный момент. Приветствие и создание позитивного настроения.

2. Мотивация. Постановка цели и проблемных вопросов урока.

3. Изучение нового материала с опорой на последовательность этапов физического исследования

Закрепление происходит поэтапно в ходе изучения нового материала.

4. Подведение итогов урока. Оценочная деятельность.

5. Домашнее задание.

6. Рефлексия.

Ход урока.

1. Организационный момент.

Здравствуйте ребята. Добро пожаловать в кабинет физики - мастерскую исследования природных явлений. Как и всегда, сегодня здесь произойдёт новое открытие: объяснение замечательного и удивительного природного явления, которое называется реактивным движением. Откройте, пожалуйста, свои тетради и запишите тему урока.

2. Мотивация и постановка цели.

Проводя физическое исследование явления, мы пройдём все его этапы, как это делают учёные, и получим новое знание о том, что такое реактивное движение, какими законами физики оно объясняется и как применяется в технике.

(Обратить внимание учащихся на доску, где написаны все этапы физического познания).

3. Изучение нового материала с поэтапным закреплением.

Итак, начнём. В природе и быту мы очень часто наблюдаем интересные виды движения, которые очень похожи между собой по своей сути. Ещё раз пронаблюдаем их и выделим то главное, что их объединяет. Внимание на экран!

(Идёт демонстрация видеоролика «Что объединяет движение всех увиденных тел»).

После демонстрации учащиеся пытаются выделить, что все показанные движения объединяет одно - тела движутся потому, что от них отделяются их части. Таким образом, учитель выводит учащихся на определение реактивного движения, и дети записывают его в тетради. (Слайд №1)

Реактивное движение - это движение, которое происходит вследствие отделения от системы её части с некоторой скоростью.

Переходим ко второму этапу исследования, теоретическому объяснению.

Устно учитель выводит учащихся на понимание того, что реактивное движение - это проявление закона сохранения импульса. Если до взаимодействия импульс системы был равен нулю, то после взаимодействия он также должен быть равен нулю. А это возможно, если импульсы тел после взаимодействия будут противоположно направлены. То есть, одна часть системы движется в одну сторону, а другая - в противоположную. (Слайд № 2)

Вывод: в основе реактивного движения лежит закон сохранения импульса.

m₁v₀₁ + m₂v₀₂ = m₁v₁ + m₂v₂

Если одна часть системы приобретает импульс в прямом направлении, то другая часть системы обязательно получает обратный импульс.

Пожалуйста, приведите примеры, где можно наблюдать ещё реактивное движение. Возможно, вы сами когда-нибудь испытывали на себе проявление этого явления.

Учащиеся перечисляют известные им случаи реактивного движения и предлагают варианты применения этого явления.

Следующий этап физического исследования - моделирование эксперимента, которое должно направить нас на поиск путей применения данного явления. Я предоставляю слово группе «колесо», которой была поставлена задача сконструировать приборы или смоделировать демонстрацию реактивного движения. Пожалуйста.

Отчёт группы «колесо»:

Демонстрация модели поливочной системы - сегнеровое колесо, подъём воздушного шарика на нити, обратное движение скейта при прыжке. Учащиеся ещё раз повторяют, что во всех экспериментах реактивное движение происходит благодаря действию закона сохранения импульса.

Эксперимент может быть не только практическим, но и теоретическим, поэтому я предоставляю слово группе «солнце», которая прокомментирует решение домашней задачи Р.324.

Отчёт группы «солнце»:

(Дети решают задачу на доске и сравнивают с ответом, который затем открывается на интерактивной доске). (Слайд №3)

Весь класс проверяет в тетрадях решение задачи.

Пройдя три этапа исследования реактивного движения, мы научились видеть его в природе и даже моделировать самостоятельно. Где же в технике возможно его применение?

Одним из самых важных применений реактивного движения является движение и манёвры ракет. (Слайд №4)

Как вы помните, чтобы ракета преодолела земное притяжение и стала спутником Земли, ей необходимо сообщить скорость около 8 км/с. Используя закон сохранения импульса можно найти такую скорость истекания газов, которая необходима для придания самой ракете первой космической скорости:

0 = m_рv_р + m_гv_г

ОУ: 0 = m_рv_р - m_гv_г

m_рv_р = m_гv_г

v_р =

Таким образом, хорошо видно, что увеличить скорость ракеты можно, либо увеличив массу топлива, либо увеличив скорость истечения газов.

Что же собой представляет ракета, как давно люди придумали это устройство и где ещё можно применить реактивное движение?

Над этим вопросом работали группы «Буква» и «Звонок». Предоставляю им слово.

Отчёт группы «буква»:

Главное из обсуждения по текстам выделяется на слайдах:

I. История создания ракеты (Слайд №4)

1) Древний Китай - родина пороха. Ракета - оружие и игрушка.

2) При Петре I - сигнальная ракета.

3) Н. Кибальчич предложил использовать ракету для воздухоплавания.

4) К.Э. Циолковский изобрел многоступенчатую ракету.

5) С.П. Королев воплотил расчеты и формулы в космические аппараты.

II. Устройство и принцип действия ракеты (Слайд №5)

Основные части ракеты:

1 - корпус;
2 - головная часть, в которой помещается полезный груз: спутник, человек, боеголовка и т.д.;
3- многоступенчатый двигатель: топливо и окислитель, камера сгорания, реактивное сопло.

Ракетное топливо:

1) жидкое (спирт, керосин, водород),

2) твердое (порох различного состава).

Окислитель: жидкий кислород, фтор, азотная кислота.

Отчёт группы «звонок»:

III. История полетов человека в космос (Слайд №6)

1) 04.10.1957 - начало космической эры. Запуск первого искусственного спутника Земли.

2) 12 апреля 1961г. - 108-минутный полет Юрия Гарина в космосе на корабле "Восток-1".

3) 1965 г. - 10-минутный выход космонавта А.А. Леонова в открытый космос.

4) 21 июля 1969 г.- высадка американца Нила Армстронга на Луну.

5) 1971 г. - запуск первой орбитальной станции "Салют-1" (СССР).

6) В 1981 г. многоразовый космический корабль "Спейс Шатлл" (США) совершает первый испытательный полет в космос.

За мамонтом гнался наш предок без страха.
О скорости тоже понятье имел:
Нижний предел - как ползет черепаха,
Орлиный полет - это верхний предел.

Века миновали. Другая картина.
Теперь черепаха, как лошадь, не в счет.
Нижний предел - как несется машина,
Верхний предел - как летит самолет.

Вселенная нам приоткрыла секреты.
Узнал человек, что средь звезд и комет
Нижний предел - как "плетется" ракета,
Верхний предел - как проносится свет!

После зачтения стихотворения идёт демонстрация заключительного видеосюжета «Старт ракеты». Учащиеся просматривают сюжет, уже осмысливая его с точки зрения новых знаний о реактивном движении, полученных на уроке.

4. Подведение итогов.

Наше физическое исследование закончилось. Мы прошли все его этапы довольно успешно, рассмотрев реактивное движение от движения медузы до полётов ракет. И, действительно, всё лучшее, что есть в науке, взято человеком у природы.

(Учитель выставляет оценки и комментирует их).

5. Домашнее задание.

§29 учебника (Е.В.Коршак, А.И.Ляшенко, В.Ф.Савченко)

упр. 19 (1, 2, 3)

6. Рефлексия (Слайд №7)

Перед вами на столах лежат шарики трёх цветов - красные, жёлтые и синие. Возьмите шарик того цвета, который соответствует вашему настроению после урока, надуйте его. А теперь все вместе запустим маленькие ракеты-шары и навсегда запомним об удивительном явлении, которое мы называем реактивное движение.

Всем спасибо за урок. До свидания.

Приложение 1

Кто придумал ракету?

(задание для группы «буква»)

Ракета была известна давно. Очевидно, она появилась много веков назад на Востоке. Возможно, в Древнем Китае - родине пороха. Ракеты использовали во время народных празднеств, устраивали фейерверки. Ракеты применяли в военном деле. Долгое время ракета была одновременно и оружием и игрушкой.

При Петре I была создана и применялась однофунтовая сигнальная ракета "образца 1717 года", остававшаяся на вооружении до конца XIX века. Она поднималась на высоту до одного километра.

Некоторые изобретатели предлагали использовать ракету для воздухоплавания. Научившись подниматься на воздушных шарах, люди были беспомощны в воздухе. Управляемый аппарат тяжелее воздуха - вот о чем мечтал революционер Н.Кибальчич в каземате Петропавловской крепости, осужденный на казнь за покушение на царя. За десять дней до смерти он завершил работу над своим изобретением и передал адвокату не просьбу о помиловании, а "Проект воздухоплавательного прибора" (чертежи и математические расчеты ракеты). Именно ракета, откроет человеку путь в небо. В тюрьме перед смертью Кибальчич размышлял о том, как применить для полета энергию газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ. В своих рассуждениях он пришел к идее не самолета, а именно звездолета, так как его аппарат мог двигаться и в воздухе, и в безвоздушном пространстве. Он мечтал об освобождении человека от социального гнета и от прикованности к Земле. Он был революционером и в политике, и в науке.

В своем "Проекте" он писал: "Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении. Если мои идеи после тщательного обсуждения учеными-специалистами будут признаны осуществимыми, то я буду счастлив и спокойно встречу смерть".

Ученые многих стран работают над проектами космоплана - аппарата многоразового использования с горизонтальным взлетом. В воздухе он летит, как обычный самолет, а за пределами атмосферы переходит на ракетное топливо и движется подобно ракете. Германия работает над созданием космоплана "Зенгер". Он состоит из самолета-носителя и ракеты многоразового использования "Хорус":

Приложение 2

Что такое ракета? Как устроена ракета?

Когда-то ХХ век назвали ракетным, хотя ракета была изобретена значительно раньше электромотора, двигателя внутреннего сгорания и даже паровой машины. Изобретение ракетного двигателя открыло новую эпоху в истории человечества. Ракета не только позволила человеку проникнуть в космос, но и стала носителем самого страшного оружия. Ракетный двигатель превосходит по мощности все другие. С его помощью космический корабль может развивать скорость более 40000 км/ч и преодолеть силу земного притяжения.

Принцип ракетного двигателя очень прост: газы, образующиеся при сгорании топлива, вырываются из сопла и толкают ракету вперед. Особенность ракетного двигателя в том, что он использует собственный запас кислорода, обычно сжиженного, и может работать в безвоздушном пространстве. Идею реактивного движения выдвинул в 1903 году русский учитель Константин Эдуардович Циолковский.

В большом семействе ракет у каждой свои обязанности. Самые большие и мощные открыли человеку путь во Вселенную, могучие двигатели преодолели силу земного притяжения. Многоступенчатая ракета "Сатурн-5" предназначалась для доставки людей на Луну. Ей надлежало долететь до Луны, плавно опуститься на ее поверхность и вновь стартовать к Земле.

Ракеты поменьше, с меньшими скоростями и на меньших высотах выполняют более скромную, но очень полезную работу: геофизические и метеорологические ракеты информируют о состоянии верхней атмосферы, магнитного поля Земли, космических лучах, исследуют пояса радиации, фотографируют облака. Ракеты не только помогают предсказать погоду, но и делают ее: грозовые тучи сейчас можно расстрелять ракетами со специальным химическим зарядом, и в нужное время в нужном месте пойдет, например, вместо губительного града дождь.

К сожалению, не все ракеты предназначены для стрельбы по таким безобидным целям. Во время 2-й мировой войны немецкий ученый Вернер фон Браун создал ракету дальнего действия "Фау-2" - прообраз сегодняшних баллистических межконтинентальных ракет. Межконтинентальная баллистическая ракета поражает цель, пролетая тысячи километров в открытом космосе. Некоторые боевые ракеты предназначены для уничтожения противника на близком расстоянии. У многих ракет - автоматическая наводка.

Корпус, двигатель, топливо, приборы и (главное!) полезная нагрузка. Корпуса, цилиндрические тела ракет делают из легких, прочных материалов: дюралюминия, титана, иногда пластмассы. Двигатели у большинства современных ракет жидкостные, реактивные. В космосе нет кислорода, приходится, как говорят, возить горючее и окислитель. В камерах жидкостных двигателей горят спирт, керосин, а также другие виды высококалорийного топлива. Окислители - чистый кислород, азотная кислота.

Полёт ракеты требует огромного количества топлива. Ракеты несут его в нескольких отсеках - ступенях. Космические ракеты имеют много ступеней, и каждая ступень снабжена двигателем и запасом топлива. Как только ступень израсходует топливо, она для облегчения веса ракеты отделяется, и включаются двигатели следующей ступени.

Изобрел многоступенчатую ракету К.Э.Циолковский. После того как ступень израсходует топливо, она отделяется, и скорость ракеты благодаря уменьшению массы возрастает, в космос летит один корабль (см.Рисунок5).

Если корабль возвращается на Землю, то небольшой реактивный двигатель замедляет его при сходе с орбиты. Приземляется корабль на парашютах.

Ракетное топливо бывает двух видов - жидкое и твердое. Ракетой на жидком топливе можно управлять, регулируя подачи топлива. Есть ракеты, работающие на твердом топливе, у них горючее и окислитель в готовой смеси. "Пища" таких двигателей - порох различного состава. Твердое топливо сгорает довольно быстро, и процесс горения не контролируется.

В последнее время ученые и инженеры работают над новыми видами твердого топлива, над новыми конструкциями ракетных двигателей. Например, ионный: электрическое поле разгоняет ионы, "производимые" специальным генератором; или плазменный: смесь электронов и ионов разгоняется электрическим и магнитным полями. В ядерном двигателе рабочее вещество нагревается в реакторе, затем выбрасывается через сопло. Во всех типах ракет струя газов выбрасывается через сопло назад, толкая ракету вперед.

Двигатель - это сила корабля, но сила слепая, без разума. Разум ракеты - ее приборы. Они строго следят за каждым колебанием, не дают отклониться от расчетной траектории.

Приложение3

История полётов человека в космос.

(задание для группы «звонок»)

1) 04.10.1957 - начало космической эры. Запуск первого искусственного спутника Земли.

2) 12 апреля 1961г. - 108-минутный полет Юрия Гарина в космосе на корабле "Восток-1".

3) 1965 г. - 10-минутный выход космонавта А.А. Леоновав открытый космос.

За бортом космического корабля космонавты могут передвигаться с помощью ранцевого реактивного двигателя (см. Рисунок 4).

4) Первый полет на Луну был совершен американскими астронавтами Н.Армстронгом, М.Коллинзом и Э.Олдрином в 1969 году на корабле "Аполлон-11".Трехступенчатая ракета-носитель "Аполлона" "Сатурн-5" весил 2700 тонн. 21 июля 1969 г. произошла высадка американца Нила Армстронга на Луну.

5) 1971 г. - запуск первой орбитальной станции "Салют-1" (СССР).

6) В 1981 г. многоразовый космический корабль "Спейс Шатлл" (США) совершает первый испытательный полет в космос.

Первые многоразовые системы: американский "Спейс Шаттл" и отечественный "Энергия-Буран". Двухступенчатая ракета-носитель выводит на орбиту возвращаемый корабль, внешне похожий на самолет, который и садится на трехопорное выпускающееся шасси. Американский космический челнок "Спейс Шаттл" совершил первый полет в 1981 году. Это корабль-гигант: 56 метров высота в стартовом положении, масса на старте 2000 т, может нести полезный груз 30 т на орбиту и 15 т при возвращении на Землю. Экипаж до 7 человек может быть в полете 30 суток (см. Рисунок 6).

Недостаток многоступенчатой ракеты в том, что она используется всего один раз. В России и в США созданы крылатые орбитальные корабли многоразового использования (челноки). Они предназначены для выведения на орбиту вокруг Земли различных космических аппаратов, для доставки элементов межпланетных комплексов и для сборки на орбите крупногабаритных сооружений (радиотелескопов, антенн, солнечных батарей и т.д.). Выполняя рейсы по маршруту Земля-космос-Земля, многоразовый корабль дает значительную экономию средств, так как космические аппараты очень дороги и, как правило, по стоимости изготовления дороже средств выведения, т.е. ракет-носителей.

За мамонтом гнался наш предок без страха.
О скорости тоже понятье имел:
Нижний предел - как ползет черепаха,
Орлиный полет - это верхний предел.

Века миновали. Другая картина.
Теперь черепаха, как лошадь, не в счет.
Нижний предел - как несется машина,
Верхний предел - как летит самолет.

Вселенная нам приоткрыла секреты.
Узнал человек, что средь звезд и комет
Нижний предел - как "плетется" ракета,
Верхний предел - как проносится свет!

Задание для группы «колесо»

Используя предложенное оборудование, продемонстрировать модели реактивного движения:

• модель системы для полива газонов и полей

• модель реактивного двигателя

• модель противоположного движения тела при отделении его части.

14