Внеклассное мероприятие по физике и астрономии

Внеклассное мероприятие по физике и астрономии «Космическая одиссея»

Цель: воспитывать у учащихся интерес к изучению физики и астрономии, показать взаимосвязь этих наук, применение знаний по физике при изучении астрономии, развивать у учащихся память и логическое мышление, формировать у них научное мировоззрение.

В вечере участвуют 2 команды учащихся и зрители. Заранее выбрано жюри. Звучит музыка. Учитель приветствует всех присутствующих, представляет участников соревнования и жюри.

1. Конкурс-разминка «Внимание: невесомость!»

Цель этого конкурса - выявить знания учеников о странном на первый взгляд физическом явлении: когда исчезает вес тела; рассмотреть, выполняются или нет в этой ситуации, изученные на уроках физические закономерности.

Учитель. Невесомость - удивительное состояние. Удивле­ние вызывает тот факт, что при наличии сил тяготения исчезает вес тела. Физики по этому поводу шутят: «В условиях невесомо­сти все выглядит так же, как в условиях весомости, за исключе­нием отсутствия веса, в связи, с чем при невесомости все выглядит не так, как в условиях весомости».

В невесомости, при свободном полете космиче­ского корабля, т. е. в полете с выключенными двигателями:

1. Пишет ли перьевая ручка?

2. Космонавт, перемещаясь по кабине космического корабля, сделал не­осторожное движение и стукнулся о предмет. Испытывает ли он боль?

3. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля барометром-анероидом?

4. Можно ли измерить вес тела при помощи пружинных весов?

5. Можно ли измерить массу тела при помощи рычажных весов?

В условиях невесомости:

6. Плавает ли пробка на поверхности воды?

7. Вытекает ли вода из носика чайника, если его наклонить?

8. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов?

Оцени­вают этот конкурс, давая один балл за каждый верный ответ и один балл за каждое правильное объяснение.

2. Конкурс - домашнее задание

1команда

Старт ракеты. Вот как описывает Герман Степанович Титов на­чало полета:

«Когда приезжаешь на космодром перед стартом, то видишь устремленное ввысь огромное серебристое тело ракеты высотой в многоэтажный дом, окруженное башнями и фермами обслужива­ния, окутанное белым колеблющимся маревом испарений топли­ва. Зрелище фантастическое! Как будто космический корабль, де­тище человеческих рук, начинает жить независимо от людей своей собственной жизнью.

Однако это не так. И вот уже слышится:

- Ключ на старт!

Пошли электронные часы. Пуск ракеты рассчитан с точностью до третьего знака секунды. Далее новая команда:

- Зажигание!

Из-под ракеты вырывается ослепительное пламя. Раздается оглушительный грохот. Массивные, ажурного плетения фермы, будто скорлупка диковинного ореха, раскалываются на части и освобождают стройную ракету. Сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее она набирает скорость. Важно одно: скорость должна быть расчетной, чтобы полет прошел успешно».

Вопрос. В учебнике по физике для девятого класса вычис­лена первая космическая скорость - 8 км/с и дано следующее пояснение: «Такую скорость в горизонтальном направлении нуж­но сообщать телу у поверхности Земли, чтобы оно не упало, а стало ее спутником, движущимся по круговой орбите». Между тем многочисленные телерепортажи и фотографии свидетельству­ют, что ракета стартует вертикально вверх. Как это несоответ­ствие объяснить?

Ответ. Ракета обычно запускается вертикально, затем на со­ответствующей высоте по заданной программе поворачивается на некоторый угол к вертикали, и по прекращении работы двигателя выводимый ею аппарат движется свободно по траектории, близ­кой к круговой.

Вопрос. На уроках физики нам говорили, что при стартах и посадках космонавты испытывают перегрузки, вследствие чего их вес увеличивается. Увеличивается вес даже внутренних органов, что вызывает болезненные ощущения и может стать опасным для здоровья. Опасно ли для здоровья космонавтов участие в косми­ческих полетах?

Ответ. Перегрузка... Для одних это только термин, для дру­гих - победа, которую они хотели, и для которой у них нашлось упорство и время, чтобы ее завоевать. Для третьих - тех, кому не повезло,- перегрузки стали смертью.

Исследования и эксперименты установили, что здоровый, тренированный человек удовлетворительно переносит 6-7-крат­ное превышение своего веса в течение пяти минут; 10-кратное - в течение двух минут и 12-кратное - в течение нескольких десятков секунд, когда перегрузка действует в направлении грудь - спина.

Систематические тренировки на центрифуге и наиболее без­опасное положение летчика при старте помогают не только спо­койно переносить перегрузки, но и сохранять ясную голову, сле­дить за показаниями приборов. Что касается здоровья, то всякие тренировки его только укрепляют, уносят лишний вес, усиливают выносливость, дают великолепный, неоспоримый эффект.

Вопрос. С какими новыми, ранее незнакомыми ощущения­ми космонавты встретились во время космических полетов?

Ответ. Неожиданным ощущением для большинства из них является невесомость. Слово невесомость в начале XX в. приш­лось придумать Циолковскому для обозначения совершенно не­обычного состояния, которое наступает в ракете, когда она, от­ключив двигатели, обращается вокруг Земли.

Специалисты космической медицины установили три группы людей, по-разному переносящих невесомость. Первые ощущают чувство падения. Они до смерти напуганы своим новым состоя­нием, и ни о каких осознанных действиях у них не может быть и речи. Им космос противопоказан. Вторая группа людей испыты­вает разные неудобства: то им кажется, что они висят, как лету­чие мыши, головой вниз, то они опрокидываются на спину. Не­весомость отвлекает их внимание, снижает работоспособность. Некоторым космонавтам в этом состоянии хорошо помогают рус­ские кислые щи, которые входят в их меню.

К третьей группе относятся люди, которым невесомость не доставляет заметных неприятностей. Они быстро приспосаблива­ются к этому состоянию и даже испытывают радость, возбужде­ние, подъем, парящее чувство свободы.

У нас есть описание выхода космонавта из пилот­ского кресла, который был выполнен во время полета А. Николае­вым. Описание дал Ю. А. Гагарин:

«По графику, заранее разработанному на Земле, подходило время одного из весьма важных опытов, который надлежало про­вести Андриану Николаеву,- выход из пилотского кресла. Этого, как известно, не делал ни я, ни Герман Титов. Естественно, мы все ожидали этого момента с нетерпением и настороженностью. Ведь никто не знал, что может произойти с космонавтом, когда в состоянии невесомости он освободится от привязных ремней, окажется в свободном «плавании», и сможет ли один, без чьей-либо помощи, вернуться обратно в кресло. Вдруг он очутится под потолком кабины и не сможет опуститься на свое рабочее место? Вернувшись на Землю, он рассказывал нам, что это было удиви­тельно приятное, ни с чем не сравнимое состояние: ничего не ве­сишь, ни на что не опираешься и вместе с тем можешь все делать. Все движения координированы, а зрение и слух безукоризненны: все было видно, все слышно, что передавала Земля.

Павел Попович, может быть, с излишней горячностью осво­бодился от привязных ремней и был тут же наказан за эту по спешность. Тело его мгновенно всплыло вверх, и голова удари­лась о потолок кабины. Это был предметный урок того, что в космосе надо вести себя осторожно.

Первое свободное «плавание» Андриана Николаева продол­жалось около часа. Никаких затруднений при этом космонавт не испытывал. Достаточно было коснуться пальцем стенки кабины, чтобы поплыть в противоположную сторону, а коснувшись потол­ка, опуститься в кресло».

Вопрос. Знаете ли вы курьезные случаи, которые случают­ся с космонавтами, находящимися в состоянии невесомости?

Ответ. При первых полетах в космос не обошлось без курье­зов. Сначала мы расскажем о случае из воспоминаний Г. С. Ти­това:

«Г. С. Титов - первый человек, проживший сутки на борту корабля в состоянии невесомости, рассказывал: заснуть ему уда­лось почти сразу. Сказалась усталость первых трудовых часов в полете. Проснулся Герман Степанович от неожиданного толчка в бок. В чем дело? Прежде всего, посмотрел на показания прибо­ров. Все в порядке. И только взглянув на свои висящие в воздухе руки, все понял и, не удержавшись, рассмеялся. Ну конечно, во сне он нечаянно сам себя толкнул рукой и поэтому проснулся.

Заправив на всякий случай руки под привязные ремни, Гер­ман Степанович спокойно заснул. И спал теперь уже так крепко, что даже проснулся на целых 30 мин позже назначенного вре­мени».

Теперь - случай из полета Ю. А. Гагарина.

Возможно, вы заметили, что крышечки туб прикреплены к ним капроновыми нитками. И это не случайно. Так повелось во времена первых космических полетов.

Первых, но не первого. Во время полета Юрия Гагарина это не было сделано. И поэтому первому космонавту пришлось во время завтрака несколько секунд ловить уплывающую крышечку. Между прочим, таким же непослушным оказался и карандаш, которым Юрий Гагарин производил свои записи в бортовом жур­нале. Это, конечно, было учтено при подготовке к последующим полетам. С тех пор и карандаш привязывают к бортжурналу, и крышечки - к тубам с пищей.

Среди разнообразных штатных операций, выпол­няемых во время полета, космонавты выходят в открытый космос для работы и исследований. Владимиру Ляхову и Валерию Рю­мину пришлось освобождать от сетки радиоантенны станции «Салют-6»; Юрий Романенко и Георгий Гречко, Владимир Коваленок и Александр Иванченков, Анатолий Береговой и Владимир Лебедев проводили осмотр станций, демонтаж и частичную за­мену научной аппаратуры, установленной на внешней поверхно­сти станции; Светлана Савицкая испытывала прибор по резке и сварке металлов. В ходе 150-суточного полета на борту орбиталь­ного научно-исследовательского комплекса «Салют-7» - «Союз» Владимир Ляхов, Александр Александров дважды совершали выход в космос для установки двух дополнительных солнечных ба­тарей. Общая продолжительность пребывания в открытом космо­се составила 5 ч 45 мин.

Вопрос. Какие ощущения испытывают космонавты от неве­сомости в свободном плавании?

Ответ. На такой же вопрос ответил Алексей Леонов. Все так же, как и в корабле, но еще удобнее. Простор всем движе­ниям. Дышать хорошо. Пожалуй, лучше даже, чем на Земле. Правда, скафандр несколько сопротивлялся изменению формы моего тела, сгибанию рук и ног. Поэтому нужны усилия, чтобы работать.

Вопрос. Не похоже ли «плавание» в космосе на плавание в воде?

Ответ. И вновь ответ Алексея Леонова: нет! В воде чувст­вуешь обтекание тела, сопротивление среды. И тело надо дер­жать в более или менее определенном положении. Здесь же - ви­таешь, как нравится. Я распростер, например, руки, ноги и повис. А подо мною - Земля.

Вопрос. Как тренируют космонавтов к работе в открытом космосе?

Ответ. На Земле тщательно отрабатывается каждая опера­ция. Тренировки проводятся в гидробассейне, так как моделиро­вание невесомости в воде в какой-то степени похоже на реаль­ные условия работы в космосе.

Вопрос. Как уменьшить вредное воздействие перегрузок на человека?

Ответ. Прежде всего, тренировками, затем положением кос­монавта в кресле (почти лежа) и формой кресла. Кресло созда­ют персонально для каждого космонавта, при этом его форма полностью соответствует фигуре космонавт.

2 команда

Это домашнее задание подготовила другая команда. О своей редкой профессии рассказывает радиоастроном.

Радиоастроном. Расскажу сначала немного о себе.

Ежедневно я усаживаюсь у своего приемника и слушаю голос Вселенной. Такая у меня работа. В принципе она ничем не отли­чается от прослушивания радиовещательных станций Земли. Лю­бой радиолюбитель и радист, имеющий приемник и антенну, слу­шает далекие голоса оттуда, откуда не услышишь человеческого голоса. Это в принципе, а в действительности... Я имею в виду чисто психологические эмоции, те напряжения души, что испытывает всякий радиоастроном во время своего очередного дежурства у рабочего пульта радиотелескопа.

Итак, я получаю рабочее задание: измерить поток излучения от какого-либо космического источника достаточно большого раз­мера. Направляю антенну радиотелескопа на точку неба, лежащую немного впереди этого источника, по суточному вращению небес­ного свода и включаю приемник. И пока он только шумит, пока антенна входит в область изучения исследуемого объекта, пока самописец записывает на бумажной ленте принимаемые сигналы, тебя одолевают мысли о том... Но об этом потом... Сначала о та­ких же специалистах, как я. С чего началась наша профессия?

Это был конец 1932 г. По распоряжению дирекции извест­ной фирмы «Белл» в США только что окончивший университет неизвестный инженер Карл Янский исследует грозовые помехи, которые мешают трансатлантической радиотелефонной связи. И к концу года своей работы с уверенностью определяет место на небе, откуда исходят внеземные помехи: часть Млечного Пути, в которой расположен центр нашей Галактики, другой источник помех - в противоположном направлении. Ему было 27 лет, и он открыл новую область науки. Пойманный им космический «го­лос» транслировался радиовещательными станциями. Карл Ян­ский - первый представитель новой профессии, радиоастроном. Мало кто из людей может назвать первого человека своей спе­циальности!

Но не это обстоятельство вносит в мою жизнь нервное напря­жение ожидания. Моя работа, как многие другие: включаешь, пишешь, обрабатываешь результаты записи космического шума. Шум как шум, запись как запись... Если бы не... романтика новых идей.

Начиналось все и вправду более чем романтично. 1960-й год. Мощный радиопередатчик послал сигналы по адресу: космос, звезда Тау Кита. Героя этого дня звали более чем эффектно: Френсис Дрейк. Этот человек, житель Земли, впервые попробовал установить связь со звездами. До этого он их только слушал, а теперь решился «поговорить». Вряд ли он имел какое-нибудь от­ношение к знаменитому флотоводцу и пирату, герою войн между Англией и Испанией, человеку, вторым после Магеллана проплыв­шему вокруг Земли. Но астроном был пирату двойным тезкой, и в атаке его на космос было что-то флибустьерское.

Трудности поиска внеземных цивилизаций известны. В нашей Галактике около 10¹¹ звезд, в наблюдаемой части Метагалактики ­ - порядка 10¹⁰ галактик. У очень многих из этих 10²¹ звезд есть планетная система. Где цивилизация, которая «отзовется»? Где их искать, на каком участке неба, на какой длине волны? Небо слишком велико, диапазон возможных радиоволн огромен, а радиотелескопов пока слишком мало. Куда наводить их направленные антенны? Нынешние радиотелескопы имеют все техниче­ские возможности, чтобы отыскать внеземные цивилизации, но мы не знаем, где их следует искать.

Адреса поисков пытаются уточнить ученые, но возникает но­вый парадокс: мы не слышим Вселенную; с нашей точки зрения она молчит. А может быть, она вовсе не молчит, а мы ее не умеем слушать? На Землю поступают радиосигналы от внеземной циви­лизации. Мы только не можем выделить их среди естественных радиоволн. Да и какие сигналы мы ищем: строго периодичные и в высокой степени упорядоченные! Кто знает, ее ли это сигналы? С чего это мы взяли, что радиоволны - идеальный межзвездный вид связи? Мы ими пользуемся всего три четверти века, а это не слишком много, в общем времени развития цивилизации. В XIX в. мы ждали «от братьев по разуму» световых сигналов, теперь ищем в виде радиоволн и имеем нового претендента - гравита­ционные волны. Возможно, что цивилизация имеет свой голос, ко­торый мы не умеем слушать.

Все это вносит в мою жизнь волнение неожиданного откры­тия. Не упустить бы возможность: и первому поговорить с разум­ным космосом.

Но меня, простого радиоастронома, как и ученых, изучающих этот вопрос, одолевают страхи и надежды.

Мы считаем нашу Землю средней и заурядной. Но может, она первая и единственная цивилизация в нашей части космоса? И. С. Шкловский, автор не только бес­спорных астрономических открытий, но и головокружительных гипотез о далеких мирах, отказался от своих предположений и считает Землю единственной цивилизацией.

Не ошибиться бы в своем «открытии» цивилизации. Мы все помним 1967 г., когда английские астрономы, открывшие пульса­ры, приняли их излучение сначала за искусственные сигналы. Оно удовлетворяло критериям искусственности, было строго периодич­ным и упорядоченным. Но потом оказалось, что пульсаров не­вероятно много и особенность их излучений вполне соответствует естественным физическим процессам.

И, наконец, моральные страхи. История физики имеет немало примеров тому, как ученые раскаивались в своем открытии.

Опасность встречи с другой цивилизацией не столько в пря­мой схватке, войне и рабстве, сколько в социальных последствиях контакта: навязывании идей, приходе преждевременных знаний, которые можно перевести в оружие и развязать войну на Земле. Каждый должен прожить жизнь по своим законам и опасно поль­зоваться советами любого из обществ, отличных от имевшихся на Земле.

И все-таки каждый день, усаживаясь у радиотелескопа, я на­деюсь, а вдруг. А вы, верите в существование внеземных ци­вилизаций, в возможность установления с ними двустороннего контакта?

Зрители и члены другой команды отвечают на этот вопрос.

Макси­мальное число баллов за выполнение домашнего задания - 4.

3. Конкурс капитанов «Полет к Луне»

Задание первое (общее для двух капитанов). Вспомни­те, в каких литературных произведениях описаны путешествия на Луну. Какими способами литературные герои попали на наш есте­ственный спутник? Возможны ли с точки зрения физики эти спо­собы?

Задание второе (капитану первой команды). Докажите, что сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем сила тяжести на Земле.

(Капитану второй команды.) Дайте ответ на основании про­читанных вами материалов и просмотренных передач об изуче­нии космического пространства: как на Земле имитировать лун­ную гравитацию, чтобы тренироваться и подготовиться к ходьбе на Луне?

Задание третье.

Учитель. Я прочитаю отрывок из книги М. И. Блудова «Бе­седы по физике», который называется «Станция назначения - Луна». В нем приводятся этапы освоения Луны человеком с по­мощью автоматических станций. Намеренно не буду произносить даты - буду делать паузы. (Во время таких пауз капитаны долж­ны записать эти даты (год и месяц) на доске. Текст зачитывают, но даты не произносят.)

«После того как первые космические аппараты достигли по­верхности Луны и сфотографировали ее поверхность с близкого расстояния, стал вопрос об осуществлении мягкой посадки на Лу­ну и непосредственном исследовании ее грунта. Такая посадка была выполнена советской автоматической станцией «Луна-9» в феврале 1966 г. Станция передала на Землю панораму лун­ного ландшафта в Океане Бурь и позволила сделать заключение о характере и прочности лунного грунта.

Американская программа «Аполлон» поставила целью отпр­авку пилотируемых кораблей и в конечном счете высадку человека на Луну с возвращением на Землю. Облет Луны пилотируемым кораблем «Аполлон-8» и следующие за ним полеты кораблей «Аполлон-9» и «Аполлон-10» были проведены с целью отработки важнейших моментов управления и подготовки к мягкой посадке астронавтов на Луну. С мыса Кеннеди стартовала ракета «Сатурн», унося корабль «Аполлон-11» в направлении к Луне 16 июля 1969 г. Через 103 ч полета 20 июля он совер­шил посадку в районе Моря Спокойствия. Первый человек Нил Амстронг ступил на поверхность Луны 21 июля 1969г. Через 20 минут второй астронавт Эдвин Олдрин присоединился к нему.

Большое достижение советской науки и техники - автомати­ческая станция «Луна-16». Она в районе Моря Изобилия совер­шила мягкую посадку 20 сентября 1970 г. По команде с Зем­ли автоматический бур провел сверление лунного грунта и взял образцы лунной пыли.

В том же 1970 г. автоматическая станция «Луна-17» доставила на Луну самоходный аппарат «Луноход-1», который около 11 месяцев (до октября 1971 г.) по команде с Земли переме­щался, «осматривал» окружающую его местность, «трогал» грунт, выполнял большой комплекс разнообразных научных исследо­ваний.

Автоматическая станция «Луна-20» по команде с Земли взяла образцы грунта в горном районе в феврале 1972 г.».

При оценке конкурса жюри исходит из следующего: макси­мальное число баллов за выполнение первого задания- 3, вто­рого- 2, третьего- 1 за каждую правильную дату.

4.Конкурс зрителей

Учитель предлагает зрителям совместно с известными литературными героями и космонавтами совершить «полет к Лу­не». Участников вечера необходимо подготовить к такому путе­шествию, для чего следует провести небольшой «предстартовый инструктаж». Учитель рассказывает о Луне, приводит сравнитель­ные данные Земли и Луны. Это поможет всем в зале понять, как меняются условия жизни и работы на Луне по сравнению с усло­виями на Земле, и оценить правильность ответов капитанов.

Учитель. Луна - естественный спутник Земли, ближайшее к нам космическое тело, которое на протяжении многих столе­тий привлекала к себе внимание человечества. Луна совсем не шарообразна, однако можно записать ее средний радиус. Он ра­вен 1738 км; это значительно меньше, чем средний радиус Земли, который равен 6400 км. Масса Луны меньше массы Земли в 81 раз. Сила тяжести на Луне в шесть раз слабее земной.

Чтобы совершить круговой полет вокруг Земли, нужно раз­вить скорость у поверхности Земли 8 км/с. Чтобы покинуть Луну, нужна скорость 2,5 км/с.

Так как лунная гравитации в 6 раз слабее земной, то, попав на Луну, человек получит возможность передвигаться прыжками. При этом он будет подпрыгивать на высоту 2,5-3 м и более, а в длину перемещаться на 5-10 м. Непросто при таком способе пе­редвижения удерживать равновесие путем согласованных движе­ний рук и ног. Несоответствующее по силе и нескоординированное (втянутое или резкое) движение рук во время удлиненного прыжка может привести к вращательному движению туловища.

Таким образом, необходимо тренировать на Земле ходьбу по лунной поверхности, так как уменьшение силы притяжения к Лу­не ведет к значительному изменению двигательного акта при ходьбе. Как это делается?

Макси­мальное число баллов за выполнение 4 конкурса - 3.

5. Конкурс эрудитов

На большом экране демонстрируется кинофрагмент о взлете космического корабля, а затем диапозитивы, дающие представле­ние о звездном небе. Звучит космическая музыка. На сцену вы­ходит ученик в костюме космонавта. В его рассказе будут ошибки, участникам команд нужно их заметить. Ученик говорит: «Уже несколько дней наш корабль находится в поле тяготения звезды F-148593, обладающей планетной системой. Сегодня наш экипаж завершает исследования седьмой планеты. На ней нет атмосферы.

Оставив в стороне чисто научные результаты исследования, которые занесены в соответствующие бортовые журналы, расска­жу об одном дне нашего путешествия.

Проснувшись с восходом солнца, я посмотрел на себя в зер­кало. С его поверхности на меня смотрело мужественное лицо - мой вид меня удовлетворил.

После завтрака мы высадились на планету и начали осматри­вать грунт. Дело происходило на освещенной стороне. Над нами сияло небо удивительной голубизны, только красная кромка огра­ничивала горизонт.

Собрав ряд образцов, я взглянул на контрольный термометр и обнаружил, что мой скафандр нагрелся. Я тут же поспешил в тень. Это была просторная пещера, образованная нагроможде­нием больших камней. Свет проникал сюда лишь через неболь­шое отверстие, послужившее мне входом. Внутри царила прият­ная прохлада, и было полутемно.

Сделав несколько шагов, я наскочил на какой-то невидимый предмет и решил, что он состоит из вещества, показатель прелом­ления которого близок к нулю. Мне удалось отломить от не­го кусочек. Оказалось, что это вещество хорошо разлагает белый свет на несколько разноцветных полос равной толщины. Я поду­мал, что из этого вещества после некоторой огранки могут полу­читься бриллианты огромного размера, и обрадовался удивитель­но ценной находке. Мелькнула мысль: а не сообщить ли о ней на Землю по радио. Но эту мысль тут же сменило соображе­ние, что в данный момент это не имеет смысла: корабль сейчас быстро полетит к Земле, и мы обгоним свое сообщение».

Макси­мальное число баллов за выполнение 5 конкурса - 6.

Учитель подводит итоги, благодарит всех. Жюри оглашает результаты.