МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №6 с

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №6 с углубленным
изучением отдельных предметов»
г. Реутов
Московская область
Ассоциированная школа ЮНЕСКО
143965, Московская обл., г. Реутов, Юбилейный пр-т, д. 15А
т/ф: 8(495)791-49-67
[email protected]
Конспект уроков (1ч+1ч) по физике в 9 классе
Тема: ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Учитель физики: Сергеева Е.О.
23.01.13
Тема уроков: “Искусственные спутники Земли и их применение”
Типы уроков: комбинированные с элементами ученической конференции
Задачи уроков:
Образовательные:
Обеспечить усвоение следующих основных знаний, входящих в тему урока:
1. Движение тел в гравитационном поле Земли.
2. Вывод формулы первой космической скорости на основе закона всемирного
тяготения и движения по окружности.
Воспитательные:
Обеспечить решение нравственных и профориентационных вопросов:
1. Формирование интереса учащихся к изучаемому материалу на примерах из
истории космической техники и роли ученых, физиков, конструкторов в освоении
космического пространства.
2. Воспитание чувства патриотизма и гордости за свою Родину.
3. Демонстрация практической значимости изучаемого материала (презентации
учащихся).
4. Знакомство учащихся с успехами в освоении космического пространства.
Развивающие:
Развить интеллектуальные и познавательные интересы учащихся:
1. 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.
2. Развитие внимания, памяти, устной речи.
3. Развитие познавательной, информационно-коммуникативной компетенции.
Формы и методы обучения:
1. Изложение материала учителем, использование межпредметных связей (истории,
литературы).
2. Самостоятельная работа учащихся с источниками Интернета при подготовке
презентаций.
3. Компьютерное моделирование космических скоростей.
Оборудование урока:
1. Мультимедийный проектор, компьютер, фотографии и иллюстрации об ИСЗ.
2. Презентации учащихся: “Испытание животных на ИСЗ”, “Принципы работы GPS и
“Глонасс”, “Военные спутники”.
3. Видеоресурсы : Запуски ИСЗ, космических ракет, документальные кадры запуска
первого в мире ИСЗ 4 октября 1957 года из фильма “Земля – наш дом” (Роскосмос),
энциклопедия малого космоса.
4. Компьютерные модели: “Движение искусственных спутников Земли” с диска
“Открытая физика” 2.6. фирмы “Физикон”; анимации по физике “Гора Ньютона”.
5. Учебник: Н. М. Шахмаев. Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений / Н.
М. Шахмаев, А. В. Бунчук. – М.: Мнемозина, 2007.
6. Опорные конспекты.
План уроков:
1. Организационный момент. Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку.
Положительный настрой на работу.
2. Постановка целей урока.
3. Актуализация ранее изученного материала. Проверка знаний учащихся на
начальном этапе урока. Фронтальный опрос учащихся.
– Какое движение по окружности называют равномерным? Как направлена скорость
тела, движущегося по окружности?
– С помощью какого опыта можно убедиться в том, что мгновенная скорость тела,
движущегося по окружности, в любой точке этой окружности направлена по
касательной к ней?
– Куда направлено ускорение при его движении по окружности с постоянной по
модулю скоростью? Как называется это ускорение?
– По какой формуле можно вычислить модуль вектора центростремительного
ускорения?
– Приведите примеры движения по окружности (стрелки часов, колёса автомобиля,
планеты вращаются вокруг Солнца и др.)
4. Основной этап урока. Изучение нового материала. Просмотр видеофрагментов,
презентаций учащихся.
–Предложите модель, которую можно использовать для рассмотрения движения
тела вокруг Земли (ответы учащихся).
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.
→
υ0
гипербола
парабола
υ4к = 16,7 км/с
υ2к = 11,2 км/с
Рассмотрим движение тела под действием
силы тяжести.
1. При υ0 = 0 тело совершает свободное
υ1к = 7,9 км/с
падение, падает по прямой на поверхность
Земли.
эллипс
2. Если телу задать горизонтальную скорость
0 < υ0 < υ1к,, то тело движется по параболе и
через некоторое время упадёт на Землю.
3. Можно задать такую горизонтальную скорость υ1к = 7,9 км/с, что тело будет падать на
Землю бесконечно долго (Земля будет “уходить” по орбите) и тело будет двигаться по
окружности. Такую скорость придают искусственным спутникам Земли (ИСЗ).
Движение ИСЗ – бесконечное его падение на Землю.
У поверхности Земли (h можно не учитывать) спутник движется под действием силы
тяжести, которая сообщает ему центростремительное ускорение:
GM Ç
GM Ç
2
aö  1ê  g  1ê  gRÇ 
 RÇ 
2
RÇ
RÇ
RÇ
Эта формула справедлива для спутника на любой планете: 1ê ïë  g ïë Rïë
Из формулы видно, что скорость спутника не зависит от его массы.
Для Земли υ1к = 7,9 км/с.
Если спутник движется на некоторой высоте h (нельзя не учитывать) от поверхности
Земли, то его первая космическая скорость равна:
Спутнику сообщается центростремительное ускорение
aö 
12ê
.
RÇ  h
Это ускорение сообщается силой всемирного тяготения:
GM Çm
Fòÿã
( RÇ  h ) 2
GM Ç
aö 


.
Небесное
m
m
( RÇ  h ) 2
тело
Тогда
m
Мз
12ê
GM Ç

R  h ( R  h) 2
  1ê 
GM Ç
RÇ  h
h
Rз
Масса (по отношению к
массе Земли)
υ1к, км/с
υ2к, км/с
Луна
0,0123
1,680
2,375
Меркурий
0,055
3,05
4,3
Марс
0,108
3,546
5,0
Венера
0,82
7,356
10,22
Земля
1
7,91
11,2
4. Если скорость спутника меняется в пределах
Уран
14,5
15,6
22,0
υ1к ≤ υ < υ2к, то спутник движется по эллипсу и
Нептун
17,5
24,0
является спутником Земли.
Сатурн
95,3
36,0
5. Если скорость спутника меняется в пределах
Юпитер
318,3
61,0
Солнце
333 000
437
617,7
GM Ñîëí
υ2к = υ1к 2 ≤ υ ≤  3ê 
, то спутник
Сириус В
325 675
10 000
RÑîëí
Нейтронная
666 000
200 000
звезда
движется
по
параболе,
преодолевает
Кварковая
притяжение Земли и становится спутником
832 500
300 000
звезда
Солнца (движется к другим планетам Чёрная дыра
15
832 500 — 5,6·10
не имеет
Солнечной системы, не падая на Солнце); υ2к =
11,2 км/с.
6. Если скорость спутника равна υ4к = υ3к 2 = 16,7 км/с, то спутник движется по
гиперболе, преодолевает притяжение Солнца и уходит из Солнечной системы (полёт
“Вояджера” с капсулой на 50-ти языках мира с информацией о Земле).
GM Ãàëàêòèêè
êì
 212
7. Если скорость спутника равна  5ê 
, то он становится спутником
RÃàëàêòèêè
ñ
ядра Галактики.
8. Если скорость спутника равна υ6к = υ5к 2 = 300 км/с, то он навсегда покидает пределы
Галактики.
Анимация движений тел по разным траекториям с разными скоростями: прямая,
окружность, эллипс, парабола, гипербола).
Период обращения спутника можно определить из формулы Ò 
2 ( RÇ  h )
 1ê
.
Для устойчивого движения спутника по орбите плоскость его орбиты должна проходить
через центр Земли.
Первый ИСЗ был запущен в 4 октября 1957 г. в СССР в 22 ч 28 мин по
московскому времени.
Назначение спутника: проверить осуществимость и устойчивость радиосвязи в космосе.
Характеристики спутника:
1. m = 83,6 кг.
2. Диаметр корпуса (в виде шара) равен 58 см.
3. Снаружи корпуса находятся штыревые антенны длинами ℓ1 = 2,4 м и ℓ2 = 2,9 м.
4. Максимальная высота удаления от Земли равна h = 947 км. Минимальная высота
удаления от Земли равна h = 228 км.
5. Число оборотов вокруг Земли равно N = 1400.
6. Период обращения составляет Т = 96,17 мин.
7. Корпус выполнен из алюминия и состоит из двух оболочек. Внутренность заполнена
азотом при давлении 0,13 МПа.
8. Внутри корпуса находятся химический источник тока массой m = 51 кг – три батареи
серебряно-цинковых аккумуляторов, радиопередающее устройство массой m = 3,5 кг,
вентилятор, термореле и воздуховод системы терморегулирования, устройство бортовой
автоматики, датчики температуры, бортовая кабельная сеть.
9. Радиосигналы передаются на частотах ν1 = 20,005 МГц и ν2 = 40,002 МГц..
10. Выходная мощность сигнала равна 1 Вт.
11. Сигналы имеют вид телеграфных с длительностью 0,2 - 0,3 с.
12. Время жизни – 92 суток. 4 января 1958 г. сгорел в плотных слоях атмосферы.
Траектория спутника в атмосфере является закручивающейся линией.
Над созданием искусственного спутника Земли, во главе с основоположником
практической космонавтики С. П. Королёвым, работали ученые М. В. Келдыш,
М. К. Тихонравов, Н. С. Лидоренко, В. И. Лапко, Б. С. Чекунов, А. В. Бухтияров и многие
другие.
Дата запуска считается началом космической эры человечества, а в России отмечается как
памятный день Космических войск.
Просмотр кинофрагмента (8 мин) о первом ИСЗ из фильма “Наш дом - Земля”.
3 ноября того же 1957 года был запущен второй ИСЗ весом 508,3 кг. Это была уже
настоящая научная лаборатория. Впервые в космическое пространство отправилось живое
существо — собака Лайка.
Презентация учащихся об испытании животных на спутниках (6 мин).
3 ноября 1957 г. Первый биологический спутник. Полёт собаки Лайки. 15 мая 1958 г. Третий ИСЗ. Первая
комплексная научная геофизическая лаборатория. 2 января 1959 г. Запуск станции “Луна-1” (СССР).
15 мая 1960 г. Пассажирами на борту были мыши, мухи, водоросли. Корабль сделал 64 витка вокруг Земли,
произошёл сбой системы ориентации, кабина отделилась и перешла на более высокую орбиту.
19 августа 1960 г. запущен корабль с собаками Белкой и Стрелкой на борту. Корабль сделал 18 витков вокруг
Земли. На высоте
7000 км из кабины был катапультирован контейнер с парашютом. Собаки вернулись здоровые и невредимые.
1 декабря 1960 г. состоялся третий полёт корабля-спутника с собаками Пчёлкой и Мушкой. Полёт прошёл
нормально, но траектория снижения отклонилась от расчётной, и корабль сгорел в атмосфере.
Применение ИСЗ:
1. Радиосвязь.
2. Телесвязь.
3. Мобильные системы, Интернет.
4. Система навигации: Россия – “Глонасс” (глобальная навигационная система), США –
“GPS” (Global Positioning System – система глобального позиционирования). Презентация
учащихся (6 мин).
5. Спутники – шпионы. Презентация учащихся (6 мин).
6. Прогнозирование погоды.
7. Строительные, геодезические и др. работы.
8. Исследование плазмы в состоянии невесомости (просмотр видеофрагмента 7 мин из
фильма “Наш дом – Земля”. Предварительный вопрос к сюжету: какие физические и
астрономические перспективы открываются при изучении плазмы в космосе?).
Недостатки ИСЗ:
1. Блики солнца от корпуса иногда принимаются астрономами за вспышки новых звёзд.
2. Новые спутники запускаются чаще, чем сгорают старые, тем самым накапливается
космический мусор, опасный при столкновениях с запускаемыми новыми спутниками и
ракетами.
3. ИСЗ загораживают объективы телескопов.
4. Выведение ИСЗ на орбиты сопровождается увеличением озонных дыр.
Фотографии современных ИСЗ.
Задача: найти скорость, с которой Луна движется вокруг Земли (среднее расстояние от
Земли до Луны 384 000 км, масса Земли 6 ·1024 кг).
5. Рефлексия.
–Что нового Вы сегодня узнали на уроке?
–Интересна ли для вас была дополнительная информация из истории космонавтики?
–Где в своей жизни можно применить полученные знания?
6. Итоговый этап. Оценивание знаний учащихся. Домашнее задание (§21).
Литература
Н. М. Шахмаев. Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений / Н. М. Шахмаев,
А. В. Бунчук. – М.: Мнемозина, 2007.
Источники Интернета
Приложения