Конспект уроку з фізики для 10 класу "Перша космічна швидкість. Штучні супутники Землі"

                                     Урок  на тему: 

       «Перша космічна швидкість.

         Штучні супутники Землі»

 

Мета: - сформувати в учнів поняття штучного супутника Землі, першої

                  космічної  швидкості та її змісту;

                 - з’ясувати, яка сила надає супутнику доцентрового прискорення;

                 - розглянути історію запуску першого ШСЗ, види та призначення             

                   ШСЗ;

                 - продовжити формувати в учнів навички і вміння розв’язувати

                  типові фізичні задачі, застосовувати набуті знання.

                 Формування ключових компетентностей:

                 -математична грамотність:

                 -компетентності в природничих науках і технологіях;

                 -уміння вчитись впродовж життя.

 Наочність:  комп’ютер, мультимедійний проектор, презентації,

                   доповіді учнів, відео «Запуск супутників».

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

 

                                          План уроку.

 

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Повідомлення теми і мети уроку.
4. Мотивація навчальної діяльності учнів.
5. Вивчення нового матеріалу.
6. Закріплення знань учнів.
7. Підведення підсумків уроку.
8. Домашнє завдання.

 

 

                          Хід уроку.

І. Організаційна момент. Урок супроводжується  презентацією  до  уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

    Учитель. Ми вже вивчили явище всесвітнього тяжіння, силу тяжіння, рух    

    тіла під дією сили тяжіння. Відновимо в пам’яті цей матеріал.

 

 Фронтальне опитування «Передай естафету»

 -  Яке явище називається всесвітнім тяжінням?

 -  Як ще по-іншому його називають?

 -  Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння?

 -  Запишіть на дошці цей закон. Поясніть значення кожної фізичної      

     величини її одиниці вимірювання, від чого і як залежить значення сили    

     взаємного  притягання.

 -  Тоді чому ж ми з вами не помічаємо притягання навколишніх тіл одне до

    одного, а до Землі спостерігаємо легко?

 -  То що ж називається силою тяжіння? Запишіть формулу.

 -  Прискорення вільного падіння: визначення, формула, від чого залежить?

 -  Як рухається тіло під дією сили тяжіння?

 -  Як дальність польоту залежить від початкової швидкості?

 -  Зобразіть орієнтовну траєкторію руху тіла, кинутого горизонтально зі

    швидкістю V; зі швидкістю вдвічі більшою за початкову (втричі); вкажіть

    дальність польоту, зробіть висновок.

    Учні. Отже, тіло, якому на певній висоті над Землею надано початкової

    швидкості в горизонтальному напрямі, рухається гілкою параболи і врешті

    падає на Землю.

    Учитель. При цьому ми вважали, що поверхня Землі плоска.

    Це припустимо для малих швидкостей. А яка буде траєкторія, якщо

    надати тілу достатньо великої швидкості та врахувати опуклість поверхні

    Землі?

    В одній із своїх книг Ісаак Ньютон пропонував уявити, що на дуже високій

    горі встановили величезну гармату і стріляють з неї в горизонтальному

    напрямку. Чим більшою буде швидкість снаряда, тим далі він пролетить.

    І якщо швидкість снаряда буде достатньо великою, то він облетить усю     

    Землю по коловій орбіті, тобто стане штучним супутником Землі.

 

ІІІ. Повідомлення теми і мети уроку.

    Учитель повідомляє тему і мету уроку, учні записують у зошити.

 

ІV. Мотивація навчальної діяльності учнів.

          « Людство не залишиться вічно на Землі,

             але в гонитві за світлом і простором

            спочатку боязко проникне за межі атмосфери,

            а потім завоює собі весь навколосонячний простір»

                                                      К.Е.Ціолковський

Учитель. Як бачите, і І. Ньютон і Ціолковський і взагалі людина  мріяли     проникнути за межі атмосфери, тобто відповісти на питання: «Що там за

горизонтом?»

Проблемне запитання: Чому перший ШСЗ був виведений на орбіту

тільки у ХХ столітті, хоча про таку можливість говорив ще Ньютон?

Відгадайте загадки.

- Крил не має, а навколо Землі та Місяця літає. ( Космічний супутник)

- Одне слово має два значення: перше – найновіший агрегат у техніці,

  друге – людина, що йде рядом по життю. (Супутник)

V. Вивчення нового матеріалу.

 1. Траєкторія руху ШСЗ.

Учитель. Розв’яжемо задачу: якої швидкості необхідно надати тілу, щоб

воно стало ШСЗ і оберталось по коловій орбіті на висоті h? (М – маса Землі,

m – маса супутника, R – радіус Землі.)

Проаналізуємо задачу:

- Яка форма траєкторії ШСЗ?

- Як буде напрямлена лінійна швидкість супутника у будь-якій  точці

  траєкторії?

- Які сили діють на ШСЗ?

- Як визначити цю силу?

- За другим законом Ньютона ця сила надає супутнику прискорення.

  Як воно називається та як його обчислити?

- Який вигляд матиме другий закон Ньютона?

Учень (розв’язує  задачу на дошці)

 

 

За цією формулою можна розрахувати, швидкість супутника, з якою

він рухатиметься на висоті h.

2. Космічні швидкості.

Учитель. Проаналізуємо формулу: V=

- Що впливає на швидкість? Як?

- Чи залежить швидкість ШСЗ від маси самого супутника?

Задача . Обчислимо значення швидкості ШСЗ, який рухається поблизу поверхні Землі.

Учень. (розв’язує на дошці).

 

       

V=7,9 км/с – перша космічна швидкість.

Перша космічна швидкість – це швидкість, якої слід надати тілу в

горизонтальному напрямку біля поверхні Землі,щоб воно не впало,

а стало її супутником, який рухається коловою орбітою.

● якщо горизонтальна швидкість дорівнює 7,9 км/с, траєкторія руху –

    коло;

● якщо 7,9<V<11,2км/с  - еліпс (11,2 км/с – друга космічна швидкість)

● якщо ≈11,2км/с , тіло назавжди залишає Землю, траєкторія – парабола

    (тіло стане супутником Сонця).

● якщо V>11,2 км/с, траєкторія руху супутника – гіпербола.

Мінімальна швидкість, яка необхідна для того, щоб супутник подолав притягання Сонця і віддалився в простір Галактики, називається третьою

космічною швидкістю. ЇЇ величина залежить від напряму запуску космічного корабля. Якщо запускати у напрямі орбітального руху Землі навколо Сонця,

тоді вона дорівнює  17км/с. Якщо ж запускати корабель в бік, протилежний

руху Землі, то третя космічна швидкість зростає до 73 км/с.

       

3. Перший штучний супутник Землі.

Повідомлення учня. Надати такої швидкості тілу не просто. Тільки 4 жовтня

1957 року вперше в історії людства вченим і інженерам СРСР вдалося  за

допомогою потужної ракети надати першої космічної швидкості тілу масою

83 кг, яке стало штучним супутником Землі. Це здійснено під керівництвом

Генерального конструктора космічно- ракетної техніки, вихідця з України

Сергія Павловича Корольова.

4. Запуск супутників.

Повідомлення учня. Для запуску ШСЗ використовують 2 – 4 ступінчасті

Ракети – носії . Ракета – носій підіймає супутник на потрібну висоту, надає

Йому потрібної швидкості. Перший носій супутників – 2-ступінчаста ракета

«Космос» (довжина 30 м, діаметр 1,6 м, маса 270 т.)

Демонстрація відео «Запуск ШСЗ»

5. На яку висоту запускають ШСЗ.

Повідомлення учня. Супутники розміщуються в трьох зонах:

- геостаціонарні супутники підносяться над Землею на висоту 35786км;

- середньовисотні супутники займають діапазон від 5000км до 15000км,

для покриття всієї земної поверхні таких супутників потрібно близько 10

(саме такі супутники застосовують в GPS);

- низькоорбітальні супутники, яких для покриття зв’язком всієї Землі

потрібно не менше 50.

6. Види супутників та їх використання.

 1. Астрономічні супутники.

2. Біосупутники.

3.Метеорологічну супутники.

4. Мініатюрні супутники.

5. Навігаційні супутники.

6. Орбітальні станції.

7. Супутники зв’язку.

8. Супутники спостереження за Землею.

9. Супутники шпіони.

7. Як довго живуть супутники.

Повідомлення учня. Навколоземною орбітою вони можуть обертатися вічно лише в теорії. Швидкість супутника поступово зменшується, хоч і рухається він на великій висоті, де повітря майже немає. Проте навіть за мізерної густини середовища супутник весь час долає його опір і потім поступово гальмується. Супутник може обертатися роками, але врешті-решт знизиться,

увійде в щільні шари атмосфери, згорить і розсиплеться. Деякі супутники

знищують сигналом із Землі, інші повертають назад за допомогою

спеціальних космічних апаратів.

8. Що таке космічне сміття.

Повідомлення учня. Космічне сміття – некеровані об‘єкти антропогенного

походження, що літають навколо Землі та інших планет і Сонця.

Причини утворення космічного сміття:

1. «Мертві супутники». Сателіти, які з певних причин не були знищені.

знищення або не передбачалося проектом запуску, або супутник передчасно вийшов з ладу.

2. Останні ступені ракет. Після від стиковки корабля чи супутника деякі фрагменти ракети-носія залишаються на орбіті.

3. Невеликі шматки, незначні об’ єкти – фрагменти обшивки, всілякі викрутки,  що випали з рук астронавтів, тощо.

3. Фрагменти знищених супутників. Особливо шкідливі наслідки військових навчань. Тренування із знищення своїх відпрацьованих сателітів проводили

Китай, США, СРСР.

Кількість космічного сміття накопичується небаченими темпами й уже загрожує населенню Землі. Згідно з даними NASA, на орбіті є 12 851 великий

об’єкт штучного походження. Кількість частинок космічного сміття розміром

від 1см до 10см становить понад 200 000 одиниць, а кількість частинок менших за 1см, може перевищувати десятки мільйонів.Космічне сміття стає небезпечним. Ці фрагменти літають на орбіті зі швидкістю 28 000 км/год.

Космічним станціям приходиться ухилятися від масових уламків. Учені поки розмірковують, як очистити простір навколо Землі. Пропонують відправляти сміття в атмосферу, де воно згоратиме, або ж на більшу високу орбіту.

Принаймі там воно не завдасть шкоди.

 

VI. Закріплення знань.

● Розв’язування задачі: (робота в парах)

Середня висота, на якій супутник рухається над поверхнеюЗемлі, дорівнює 1700 км. Знайдіть швидкість руху та період обертання супутника.

Відповідь: 7,1 км/с; 2 год. (Біля дошки учень пояснює розв’язування задачі).

● Учитель зачитує твердження. Якщо учні згодні з ним, то підносять руку.

-  ШСЗ – це тіло масою, що не перевищує 100 кг, якому надано першої космічної швидкості, щоб воно рухалося коловою орбітою.

-  Якщо супутнику надати другої космічної швидкості, він рухатиметься по колу, але на значно вищих орбітах.

-  На штучний супутник Землі діє сила тяжіння.

-  Супутники використовують лише для прогнозування погоди.

-  Супутники можуть обертатися навколо Землі вічно.

-  Перша космічна швидкість становить 7,9 км/с.

-  Перший штучний супутник Землі виведено на навколоземну орбіту

 4 жовтня 1957 року.

-  Чим більша висота супутника над Землею, тим більшою є швидкість супутника.

 

VII. Підведення підсумків уроку.

Вправа «Інтерв’ю»

1. Що найбільше вам сподобалось на уроці?

2. Чи задоволені ви своєю роботою?

3. Як ви оцінюєте роботу класу?

Виставлення оцінок за роботу на уроці.

VIII. Домашнє завдання.

§11(4) – вивчити, §11(1-3)- повторити, Впр. 11 (5,6) - письмово;

Підготувати доповіді (по групах):

1. Феномен Ю. В. Кондратюка.

2. Сергій Павлович Корольов – конструктор

    ракетно-космічної техніки.

3. Леонід Каденюк – перший космонавт незалежної України.

4. Незалежна Україна – космічна держава.

5. Досягнення України  в освоєнні космосу за роки незалежності.