Урок по теме «Движение искусственных спутников

Урок по теме «Движение искусственных спутников»
Захарова Олеся Николаевна
МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 1» г. Абакана
[email protected], [email protected]
Цели урока: ученик должен знать понятие искусственный спутник, а также понятия космических
скоростей на 3 уровне усвоения знаний.
Задачи:
1. образовательные: раскрыть содержание понятий космические скорости и искусственные
спутники, формирование представлений о траектории полетов спутников;
2. развивающие: формирование умений у учащихся применять знания при решении задач;
3. воспитательные:
политехническое
воспитание
через
изучение
движения
спутников;
эстетическое – через демонстрацию модели движения спутников, рисунки, а
также воспитание эстетических качеств у учащихся во время подготовки
рефератов.
Форма организации: комбинированный урок, так как на данном занятии поставлены две дидактические
цели (усвоение нового материала и его закрепление), которые решаются на этом
уроке.
План учебного занятия:
1. Актуализация знаний через разгадывание кроссворда;
2. Изучение нового материала:
2.1. актуализация знаний о законе всемирного тяготения и 2 законе Ньютона;
2.2. раскрытие содержания понятий 1-ой космической скорости и искусственного спутника
Земли;
2.3. раскрытие содержания понятия 2-ой космической скорости;
2.4. раскрытие содержания понятия 3-ей космической скорости;
2.5. демонстрация модели движения искусственных спутников;
3. Закрепление и уточнение знаний:
2.1. решение задачи;
2.2. доклад учащихся;
Домашнее задание: § 46, зад 170, 172.
Ход урока
Вступительной слово:
 Здравствуйте, садитесь. Знаете ли вы:
 как движутся искусственные спутники?
 а какую скорость необходимо задать спутнику, чтобы он улетел за пределы солнечной
системы?
 Почему космические корабли должны стартовать вертикально и почему их в основном
запускали в Казахстане с Байконура, а не где-то в другом месте?
 На все эти вопросы мы попытаемся ответить сегодня на уроке. А тема урока звучит так
«Движение искусственных спутников».
1. Актуализация знаний через разгадывание кроссворда;
 Но чтобы изучить эту тему и найти ответы на вопросы, нам необходимо будет вспомнить то, что
может понадобиться при изучении нового материала.
 А сделаем мы это с помощью кроссворда, который лежит у каждого на парте. Разгадав кроссворд вы
увидите слово, которое объединяет все темы прошедшие за последние уроки. Первые 2 человека
разгадавшие правильно кроссворд получат оценки.
Кроссворд «Закон всемирного тяготения»
1. Ученый проводивший опыты по свободному падению тел.
2. По какой траектории движется свободно падающее тело, начальная скорость которого
горизонтальна.
3. Как называется башня с которой были проведены первые опыты по свободному падению тел.
4. Кто определил значение гравитационной постоянной.
5. Как называется разведка в которой используется метод нахождения залежей полезных
ископаемых по точному измерению ускорения свободного падения.
6. Кто разработал геоцентрическую систему мира.
7. Где на Земле ускорение свободного падения равно 9,780 м/с2.
8. Какую систему мира разработал Н. Коперник.
9. Что у Земли является равным 6400 км.
10. Сила, с которой Земля притягивает к себе тела, называется силой …
2. Изучение нового материала:
2.1. актуализация знаний о законе всемирного тяготения и 2 законе Ньютона;
 Итак, ключевым словом в данном кроссворде было Гравитация.
 Что это такое? (явление всемирного тяготения)
 Сегодня на уроке мы также будем говорить о тяготении и применять закон всемирного тяготения. Но
прежде чем его применить посмотрим небольшой видеофрагмент.
2.2. раскрытие содержания понятий 1-ой космической скорости и искусственного спутника
Земли;
 Нарисуйте рисунок и расставьте на нем все обозначения.
 Сколько сил действует на спутник? Одна – сила тяготения.
 Из 2 закона Ньютона
F = m a, это ускорение является центростремительным a = aц.
mM з
V2
aц 
, FТ  G
,
( Rз  h)
Rз  h
Из 3 закона Ньютона
a
Mз
V2
G
( Rз  h )
( Rз  h ) 2
Mз
V2 G
;
( Rз  h)
V G
F
mM з
Mз
G
G
 aц
2
m
m( Rз  h)
( Rз  h) 2
;
Mз
( R з  h)
 Мы знаем, когда тело находится вблизи Земли h << R3 , тогда (h+R3) = R3.
 Тогда V  G
Mз
Rз
 Давайте вспомним как находится ускорение свободного падения вблизи Земли g  G
Mз
2
Rз
Подставим в скорость V  gRз

Посчитаем чему равна эта скорость

g  9,8
м
с2
,
Rз  6400км  6,4  10 6 м
Отсюда
V  9,8
м
м
км
 6,4 106 м  7,9 103  7,9
2
с
с
с
 Это минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы
превратить его в искусственный спутник. Запишем это.
 Эта скорость называется 1-ой космической скоростью, запишем ее определение:
Первая космическая скорость – это наименьшая скорость, имея которую тело не падает на Землю,
двигаясь вблизи поверхности Земли. При этом двигатель не
работает и сопротивление воздуха не учитывается. Тело
движется по круговой траектории.
 Для запуска на околоземную орбиту ИСЗ или космический корабль необходимо сначала вывести за
пределы атмосферы. Поэтому космические корабли стартуют вертикально, чтобы было кратчайшее
расстояние пробить атмосферу, выйти в безвоздушное пространство и сообщить ему горизонтальную
скорость.
 А как вы думаете почему именно в Казахстане с Байконура в основном запускают космические
корабли? По той же самой причине, на этой широте будет кратчайшее расстояние, чтобы пробить
атмосферу.
 На высоте 300 км от поверхности Земли атмосфера очень разряжена и почти не влияет на движение
космических кораблей. На такой высоте ракета делает поворот и сообщает аппарату, запускаемому на
орбиту ИС, 1-ую космическую скорость, в направлении перпендикулярном вертикали. (кадоскоп)
 А если высота с которой запущен спутник маленькая, как вы думаете что произойдет? (Спутник сгорит
в плотных слоях атмосферы)
 Возникает вопрос, а что будет, если запустить спутник со скоростью V < V1 ? Как вы думаете?
(Он будет двигаться по траектории, которая пересекается с поверхностью земного шара, т.е. аппарат
падает на Землю).
 А если V > V1 ? (Космический корабль движется вокруг Земли по криволинейной траектории –
эллипсу. Чем больше начальная скорость, тем все более вытянут эллипс).
2.3. раскрытие содержания понятия 2-ой космической скорости;
 При какой же скорости тело способно вырваться за пределы притяжения Земли?
 Чтобы найти эту скорость, нужна работа, которую необходимо совершить против сил земного
тяготения для удаления тела с поверхности Земли на бесконечность.
A = mgh, h = R3.
 Чтобы преодолеть притяжение Земли, тело должно обладать запасом энергии, достаточным для
совершения работы. Работа совершается за счет изменения энергии.
 Вспомним закон сохранения энергии (энергия не появляется ниоткуда и не исчезает в никуда).
 Таким образом происходит превращение энергии, кинетической в потенциальную. Как находится кин.
энергия и потенциальная?
Eк 
mV 2
; Eп  mgh;
2
mV 2
 mgRз
2
,
V2  2 gRз
2
отсюда
V2  2 gR з
;
.
Сравнив с формулой 1-ой космической скорости, видно, что V2 > V1 в
V2  11,2
2 раз.
км
с
 При такой скорости тело станет спутником Солнца. Эта скорость называется 2-ая косм скорость.
Запишем ее определение.
 Вторая космическая скорость – это наименьшая скорость, имея которую тело улетает на
бесконечные расстояния, двигаясь от поверхности Земли. При этом
двигатель не работает и вращением Земли пренебрегаем.
Траектория движения – парабола. (кадоскоп)
2.4. раскрытие содержания понятия 3-ей космической скорости;
 Как вы думаете, а можно ли преодолеть притяжение Солнца?
 Да, это возможно при 3-ей косм скорости V3 = 16,7 км/с. Запишем ее определение.
 Третья космическая скорость – это скорость, имея которую тело преодолевает притяжение
Солнца и покидает Солнечную систему. Траектория движения –
гипербола. (кадоскоп)
 Имея примерно такую скорость автоматическая межпланетная станция «Пионер-10» (США) в 1983 г.
впервые вышла за пределы Солнечной системы и сейчас летит по направлению к звезде Барнарда.
Рисунок 1.
Космические скорости. Указаны скорости вблизи поверхности Земли. 1 – υ = υ1 –
круговая траектория; 2 – υ1 < υ < υ2 – эллиптическая траектория; 3 – υ = 11,1·103 м/с – сильно
вытянутый эллипс; 4 – υ = υ2 – параболическая траектория; 5 – υ > υ2 – гиперболическая
траектория; 6 – траектория Луны.
2.5. демонстрация модели движения искусственных спутников;
 Итак, мы узнали с вами 3 космические скорости и траектории движения тел.
 А теперь давайте проверим действительно по таким ли траекториям движутся спутники при заданных
скоростях.
 Сравним периоды колебаний, траектории движения.
Модель.
Движение спутников.
С помощью данной модели мы смогли увидеть когда спутник вращается по круговой орбите вокруг
Земли, а когда может улететь за пределы Солнечной системы.
Первый ИСЗ был запущен в 1957 г. в СССР под руководством С.П. Королева.
3. Закрепление и уточнение знаний:
 А теперь используя полученные сегодня знания давайте решим задачу.
3.1. решение задачи;
 Условие: Радиус Луны 1740 км, а сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Чему
равна первая космическая скорость для Луны? Ответ: V=1,7км/с.
3.2. доклад учащихся;
 У нас осталось еще немного времени и я думаю вам будет интересно еще узнать о ИС, этой
информацией с нами поделится учащийся подготовивший доклад.
 О том же кто первый побывал в космосе мы с вами узнаем на следующем уроке.
Заключительное слово: Итак, сегодня вы познакомились с тем, как могут двигаться ИС и нашли
ответы на поставленные в начале урока вопросы. Но это не значит, что мы узнали об ИС все, эта тема
хранит в себе много интересного и любопытного, и вы можете об этом узнать, почитав дополнительную
литературу.
Домашнее задание: § 46, зад 170, 172.