Урок физики по теме "Реактивное движение. Ракеты". 9-й класс

Цели урока.

1. Научить учащихся опознавать реактивное движение среди других видов движения, уметь оценивать скорость движения ракеты, понимать, какой вклад в развитие космонавтики внесли отечественные ученые и космонавты.
2. Развивать познавательную деятельность, расширять кругозор.
3. Воспитывать патриотизм, познакомив с разработками отечественных ученых и вкладом в освоение космоса русских космонавтов.

Оборудование: фрагмент выполнения закона сохранения импульса [3], демонстрация движения воздушного шарика, плакаты: устройство ракеты, многоступенчатая ракета, портреты: С.П. Королева, К.Э. Циолковского, Ю.А. Гагарина, В.А. Терешковой, мультимедиа проектор.

2. Актуализация знаний (фронтальный опрос)

- Что называется импульсом?

- Почему импульс – векторная величина?

- Назовите единицы измерения импульса тела в СИ.

- В чем заключается закон сохранения импульса?

- Напишите формулу закона сохранения импульса в векторном виде.

- При каких условиях выполняется этот закон?

- Какую систему называют замкнутой?

- Кем и когда был впервые сформулирован закон сохранения импульса?

- Почему происходит отдача при выстреле из ружья?

3. Решение задач (самостоятельная работа, [2], стр. 75)

1. Два тела равной массы находятся на расстоянии 1 м. какой должна быть масса этих тел, чтобы они притягивались с силой 1 Н?
2. Определите, с каким ускорением падают тела на поверхность Луны, если её масса 7,3•10²² кг, а радиус 1760 км.

1. Определите силу всемирного тяготения между Землей и Солнцем, если их массы соответственно равны 6•10²⁴ и 2•10³⁰ кг, а расстояние между ними 1,5•10¹¹ м.
2. Определите ускорение свободного падения тела на высоте 600 км над поверхностью Земли. Радиус Земли 6400 км.

4. Изучение нового материала

Сегодня на уроке вы познакомитесь с явлением, в основе которого лежит закон сохранения импульса. В тетрадях запишите число и тему урока “Реактивное движение. Ракеты”.

Рассмотрим несколько примеров, подтверждающих справедливость закона сохранения импульса.

- Фрагмент выполнения закона сохранения импульса [3].

- Демонстрация движения воздушного шарика. Многие из вас наблюдали, как приходит в движение надутый воздухом воздушный шарик, если развязать нить, стягивающую его отверстие. Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю. При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону его движения. Движение шарика является примером реактивного движения. Реактивное движение происходит за счет того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

- Следующий пример основан на том же принципе реактивного движения, основано вращение устройства, называемого сегнеровым колесом. [1], Вода, вытекающая из сосуда конической формы через сообщающуюся с ним изогнутую трубку, вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях. Реактивное действие оказывает не только струя газа, но и струя жидкости.

- Реактивное движение используют для своего перемещения некоторые живые существа, например, осьминоги, кальмары, каракатицы и другие головоногие моллюски. Движутся они благодаря тому, что всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду.

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты – ракеты.

Рассмотрим устройство и запуск ракет-носителей (ракет), предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.

Определение: Реактивным движением называется движение, которое возникает в результате отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части.

В любой ракете имеется оболочка и топливо с окислителем.

Рассмотрим ракету в разрезе рис.1 оболочка ракеты включает в себя полезный груз (космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и т.д.). основную массу ракеты составляет топливо с окислителем. Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струей устремляется наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла – повышение скорости струи. От скорости выхода струи газа зависит скорость ракеты. Рассмотрим с помощью закона сохранения импульса. Будем считать, что ракета представляет собой замкнутую систему (не будем учитывать действие на нее силы земного притяжения). Так как до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из нее газа тоже должен быть равен нулю. Значит, импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны друг другу по модулю. Следовательно, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.

В практике космических полетов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полетов, чем одноступенчатые. Рассмотрим схему трехступенчатой ракеты рис.2 После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени. Уменьшение общей массы ракеты путем отбрасывания уже ненужной ступени позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты. Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.

Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180⁰ , чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости ее движения, что приводит к уменьшению скорости и дает возможность осуществить посадку.

Идея использования ракет для космических полетов была выдвинута в начале двадцатого века русским ученым, изобретателем и учителем Константином Эдуардовичем Циолковским. Полвека спустя идея Циолковского была развита и реализована советскими учеными под руководством Сергея Павловича Королева.

5. Доклады (сообщения учащихся)

Cообщения о жизни и научной деятельности С.П. Королева, К.Э. Циолковского, о Ю.А. Гагарине, В.А. Терешковой.

6. Решение задач (работа у доски)

1. Ракета движется по инерции в космическом пространстве. На ее сопло надели изогнутую трубу выходным отверстием в сторону движения и включили двигатели. Изменилась ли скорость ракеты?
2. Какую скорость относительно ракетницы приобретает ракета массой 600 г, если газы массой 15 г вылетают из нее со скоростью 800 м/с?
3. Ракета, масса которой без топлива 400 г, при сгорании топлива поднимается на высоту 125 м. масса топлива 50 г. Определить скорость выхода газов из ракеты, считая, что сгорание топлива происходит мгновенно.

7. Подведение итогов урока

- Какое движение называют реактивным?

- На каком законе основано реактивное движение?

- От чего зависит скорость ракеты?

- Когда и где был запущен первый искусственный спутник Земли?

8. Домашнее задание: п.22, упр.21.

Литература

1. А.В. Перышкин. Физика 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений Москва, Дрофа, 2008 год.
2. А.Е. Марон, Е.А. Марон Дидактические материалы Физика 9 класс: учебно-методическое пособие Москва, Дрофа, 2013 г.
3. CD-диск курса “Физика. Библиотека наглядных пособий”.