Розробка уроку "Штучні супутники Землі. Перша космічна швидкість"

Урок

Штучні супутники Землі. Перша та друга космічні швидкості.

Мета. Ознайомити учнів із поняттям штучного супутника Землі, космічних швидкостей та їх змісту, формувати вміння розраховувати першу космічну швидкість, розглянути історію розвитку космонавтики, її наукового та практичного значення; розвивати логічне мислення, пам’ять; виховувати інтерес до предмета.

Тип уроку. Урок комбінований.

Хід уроку

І. Організаційний момент.  Перевірка домашнього завдання.

Фізичний диктант:

Закінчіть речення так, щоб отримати правильне твердження.

1. Сила, з якою Земля притягує до себе тіла називається силою …(тяжіння).
2. Сила, з якою тіло внаслідок його притягання до Землі діє на опору чи підвіс, називається... (вагою).
3. Збільшення ваги внаслідок рівноприскореного руху тіла вгору називається... (перевантаженням).
4. Зникнення ваги тіла під час його руху тільки під дією сили тяжіння називається... (невагомістю).

5.   Сила тяжіння обчислюється за формулою... (F_тяж = mg).
6.   Вага нерухомого тіла обчислюється за формулою …. (Р = mg).
7.   Вага тіла під час рівноприскореного руху вгору обчислюється за  формулою… (P = m(g + a)).
8.     Вага тіла під час рівноприскореного руху вниз обчислюється за формулою... (P = m(g - a))
9.     Прискорення вільного падіння з масою та радіусом Землі пов’язує формула  (g = GM_з / Rз²)
10. Брусок діє на поверхню столу із силою 50 Н. Як називається ця сила? Чому дорівнює маса  

      бруска? (5 кг).

11.(2 бала) Знайти масу тіла, на яке поблизу поверхні Землі діє сила 250 Н. (25,6 кг).

ІІ. Мотивація навчання.

Відгадати загадки

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

• Одне слово має два значення: перше — найновіший агрегат у техніці, друге — дорога людини в житті. (Супутник)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

План вивчення теми:

1. Поняття штучного супутника Землі.
2. Перша космічна швидкість.
3. Розвиток космонавтики, її наукове та практичне значення.

Ціолковський говорив «Людство не залишиться завжди на Землі, але в гонитві за простором спочатку несміливо проникне за межі атмосфери, а потім підпорядкує собі весь навколишній простір».

Питання до класу: Чи здійснилася мрія людства про освоєння космосу певною мірою і чи є актуальною, на ваш погляд, проблема вдосконалення космічної техніки?

1.    Поняття штучного супутника Землі

Цікавим і важливим випадком руху тіла під дією сили тя­жіння є рух штучних супутників Землі. І. Ньютон писав в одній із своїх праць: «Уявімо собі, що на дуже високій горі встановили величезну гармату і стріляють з неї в горизонтальному напрямі. Чим більша швидкість снаряда, тим далі він полетить, І якщо швидкість снаряда буде достатньо великою, то він облетить всю Землю по коловій орбіті, тобто стане штучним супутником Зем­лі». Дійсно, така ситуація можлива, якщо тіло, кинуте горизон­тально, буде падати на Землю, а Земля нібито «відходитиме» з-під тіла на таку саму відстань. У результаті тіло буде рухатись на висоті Н над поверхнею Землі.

Штучний супутник Землі — це тіло, яке рухається на певній висоті над поверхнею Землі по коловій орбіті.

2. Перша космічна швидкість

Швидкість, за якої тіло, що кинуто горизонтально, починає обертатися по колу навколо Землі поблизу її поверхні, називаєть­ся першою космічною швидкістю.

Обчислимо першу космічну швидкість для супутника, який обертається навколо Землі по коловій орбіті на невеликій висо­ті h, (h< R) У цьому випадку доцентрове прискорення супутни­ка дорівнює прискоренню вільного падіння: а = g . Але доцентрове прискорення

, R – радіус Землі, , .

Якщо підставити в цю формулу g=9,8м/с² і R=6,37· 10⁶м, то υ = 7,9 10³ м/с.

Надати такої швидкості тілу не просто. Тільки 4 жовтня 1957 р. вперше в історії людства вченим і інженерам колишнього СРСР вдалося за допомогою потужної ракети надати першої космічної швидкості тілу масою 83 кг, яке й стало першим штучним супутником Землі.

Як запускають штучні супутники? Для того щоб це зробити, супутник за допомогою ракети-носія виводять у верхні шари атмосфери, а потім одночасно розганяють до першої космічної швидкості і піднімають до обчисленої висоти. При цьому на цій висоті вектор швидкості напрямлений перпендикулярно до раді­уса кола, по якому супутник рухається.

Мінімальна швидкість, яка необхідна для того, аби супутник вийшов зі сфери земного тяжіння і став штучним супутником Землі і супутником Сонця, називається другою космічною швид­кістю. Вона дорівнює υ =11,2· 10³ м/с. Вперше друга космічна швидкість була досягнута в СРСР 2 січня 1959 р.

Мінімальна швидкість, яка необхідна для того, аби косміч­ний корабель подолав притягання Сонця і віддалився в простори Галактики, називається третьою космічною швидкістю, її вели­чина залежить від напряму запуску космічного корабля. Якщо запускати у напрямі орбітального руху Землі навколо Сонця, тоді вона дорівнюватиме

17 км/с. Якщо ж запускати корабель в бік, протилежний руху Землі, то третя космічна швидкість зростає до 73 км/с.

ІV. Закріплення вивченого матеріалу.

Задача 1.  Радіус орбіти Іо (супутника Юпітера) 422 000 км. Скориставшись наведеними в Додатку

                  даними, знайдіть швидкість орбітального руху і період обертання Іо навколо Юпітера. Маса Юпітера 1,8986·10²⁷ кг.

Задача 2. Космічний корабель вийшов на колову орбіту радіусом 10 млн. км навколо відкритої ним зорі. Яка маса цієї зорі, якщо період обертання корабля дорівнює 628 000 с?

Задача 3. Яку швидкість має супутник Землі, який рухається по коловій орбіті на висоті  3,6·10⁶м над поверхнею Землі? Радіус  Землі 6,4·10⁶м, прискорення вільного падіння 9,8м/с .

Задача 4.  Штучний супутник обертався по коловій орбіті навколо Землі зі швидкістю 6 км/с. Після маневру він рухається навколо Землі по іншій коловій орбіті зі швидкістю 5 км/с. У скільки разів змінилися в результаті маневру радіус орбіти і період обертання?

Задача 5. Супутник обертається по коловій орбіті на невеликій висоті над планетою. Період обертання супутника 3 год. Вважаючи планету однорідною кулею, знайдіть її густину.

Підсумок уроку.

Домашнє завдання. Опрацювати  конспект. Підготуватися до конференції згідно запитань.

1. Розвиток космонавтики. Перші кроки.
2. Внесок українських вчених у розвиток космонавтики.
3. Українські космонавти.