Урок по физике "Искусственные спутники Земли"

Тема урока: Искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Цели:

• дать представление об ИСЗ, раскрыть понятие и значение первой, второй и третьей скоростей; сформировать умение рассчитывать первую космическую скорость;
• развитие вычислительных навыков при решении физических задач;
• формирование мировоззрения в процессе изучения физики, воспитание чувства патриотизма.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

• учебник «Физика. 9 класс»  под ред. А.В. Перышкина
• раздаточный материал (карточки с заданиями)
• компьютер
• экран
• мультимедийный проектор

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний (фронтальный опрос)

Мы знаем, что движение тела по окружности всегда происходит с ускорением.
Куда же направлено ускорение тела при его движении по окружности с постоянной по модулю скоростью?
(Ускорение направлено по радиусу окружности к ее центру.)
Как называется это ускорение? Что это за ускорение?
(Центростремительное ускорение – ускорение, с которым тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью.)
По какой формуле можно вычислить модуль вектора центростремительного ускорения?

3. Самостоятельная работа

I вариант

1. Укажите на рисунке направление вектора ускорения в точке А при равномерном движении тела по окружности.

2. Скорость некоторой точки на грампластинке 0,3 м/с, а центростремительное ускорение 0,9 м/с2. Найдите расстояние этой точки от оси вращения.

II вариант

1. Укажите на рисунке направление вектора скорости в точке А при равномерном движении тела по окружности.

2. Конькобежец движется со скоростью 10 м/с по окружности радиусом 20 м. Определите его центростремительное ускорение.

4. Изучение нового материала

Людей всегда манили дали,
Их вечно океаны звали.
И космос жил не торопясь,
Он был загадочен и страшен.

(А. Семенов)

Сегодня на уроке мы с вами попробуем ненадолго попасть в космос и рассмотреть хотя бы часть всего удивительного, что находится в нем. И тема нашего урока сегодня «Искусственные спутники Земли». (слайд 1) Мы попытаемся с вами рассмотреть детально вопрос о запуске и движении ИСЗ, раскрыть понятие и значение первой, второй и третьей космических скоростей и научиться рассчитывать первую космическую скорость.

Начнем с опыта.  Вспомним одну из любимых нами забав: качели. (Приложение 1, слайд  2)
Если качели раскачать, а затем предоставить самим себе, то они опишут некоторую дугу и остановятся. Что является причиной остановки качелей? Действие на него силы трения и силы сопротивления, препятствующих и уменьшающих их скорость. Если уменьшить действие этих сил, то качели могут описать вокруг центра одну или несколько окружностей, прежде чем остановиться.   Если бы нам удалось устранить все силы сопротивления движению, то качели бесконечно двигались бы вокруг центра. Примером подобного движения служит обращение планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет.   
Рассмотрим более детально вопрос о запуске и движении ИСЗ. Чтобы понять при каких условиях тело может стать ИСЗ, обратимся к слайду 3.  Он представляет собой копию рисунка, сделанного Ньютоном. Здесь изображен земной шар, а на нем показана высокая гора, с вершины которой бросают камни, придавая им различные скорости. В подписи к рисунку говорится: «Брошенный камень отклонится под действием силы тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет, наконец, на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадет дальше». Продолжая эти рассуждения, Ньютон приходит к выводу, что при отсутствии сопротивления воздуха и при достаточно большой скорости тело вообще может не упасть на Землю, а будет описывать круговые траектории, оставаясь на одной и той же высоте над Землей. Такое тело становится искусственным спутником Земли.    (Приложение 1. Слайд 4)  

ИСЗ – тело, которое вращается по круговой орбите с постоянной скоростью вокруг Земли. (Запись в тетрадях)

Движение спутника является примером свободного падения, так как происходит только под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря тому, что обладает достаточно большой скоростью. Значит, для того чтобы некоторое тело стало ИСЗ, его нужно вывести за пределы атмосферы и придать ему определенную скорость. Рассчитаем эту скорость, которую называют первой космической скоростью. (Приложение 1, слайд 5) Вывод формулы запишем в тетрадь.

Вывод:

• Скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли.
• Скорость не зависит от массы спутника.  (Запись в тетрадях)

По формуле можно рассчитать скорость спутника любой планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус данной планеты.  Минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности планеты, чтобы оно стало искусственным спутником, называют первой космической скоростью. (Запись в тетрадях)
Рассчитаем эту скорость для Земли  (Приложение 1, слайд 6)
Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землей, превышает первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс. Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При скорости, равной 11,2 км/с,  которая называется второй космической, тело преодолевает притяжение к Земле и уходит в космическое пространство. При такой скорости тело становится спутником Солнца. (Приложение 1, слайд 7)
Вторая космическая скорость – это минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли и стало искусственной планетой – искусственным  спутником Солнца.  (Запись в тетрадях)
Минимальная скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Солнца и покинуло пределы Солнечной системы называется третьей космической скоростью. (Запись в тетрадях)
Третья космическая скорость равна 16,7 км/с.
(Приложение 1. Слайды 8, 9)

5. Физминутка – психологическая разгрузка

Предлагаю вам под музыку прослушать исторические сведения о различных спутниках,  испытать гордость за наших соотечественников, чей вклад в достижение изучения вселенной неоспорим. (Приложение 2, Приложение 3)

6. Первичное закрепление материала (решение задач)

1. Какую скорость должен иметь спутник, чтобы двигаться вокруг Земли по круговой орбите на высоте 3600 км над ее поверхностью? Радиус Земли 6400 км, масса Земли 6.1024 кг. (Учитель объясняет у доски)

Ответ: 6,3 . 103 м/с

2. Работа в группах.

Определить первую космическую скорость для спутников, вращающихся вокруг Земли на различных высотах (обратиться к доске). Rз = 6400 км, Мз = 6.1024 кг

I ряд: h = 940 км (Ответ: 7,4 км/с)
II ряд: h = 1650 км (Ответ: 7 км/с)
III ряд: h = 1880 км (Ответ: 6,9 км/с)

3. Определить первую космическую скорость для запуска  спутника с поверхностей планет

6. Подведение итогов (фронтальный опрос)

Основные вопросы фронтального опроса (Приложение 1, слайд 10)

Рефлексия урока:

– Что было объектом изучения на нашем урока?
– Что нового мы узнали на уроке?
– Выполнили ли мы поставленные задачи?
– Знания каких предметов вам пригодились на этом уроке
– Какие области взаимодействия мы использовали на этом уроке?

7. Домашнее задание:  §20, упр. 19.

Подготовить сообщения по теме (для желающих): «Первый искусственный спутник Земли», «Луноход-1» и другие исследователи Луны, «Венера-1».

Литература:

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс», М, «Дрофа».
2. Ю.В.Колесников; Ю.Н. Глазков “На орбите космический корабль” М.”Педагогика”, 1980.
3. С.П.Уманский “Космонавтика сегодня и завтра” М. “Просвещение”, 1986.
4. http://www.class-fizika.ru/9