Урок в 10 класі на тему: "перша космічна швидкість. Штучні супутники Землі."

Перша космічна швидкість. Штучні супутники Землі.

Мета:  ознайомити учнів з поняттям штучні супутники Землі, перша космічна швидкість, її числове значення; домогтися засвоєння матеріалу на достатньому рівні, сприяти формуванню вміння використовувати знання для розв’язування розрахункових задач;

ознайомити учнів з досягненнями українських учених  у галузі космонавтики; розвивати інтерес до науки;

забезпечити розвиток мови (ускладнення словарного запасу, смислової функції), мислення (вміння аналізувати, порівнювати, робити висновки);
створити умови для виховання працелюбства, дисциплінованості, поваги; формувати почуття патріотизму й національної гордості.

Тип: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: портрети українських учених, космонавтів, презентація.

Хід уроку

І.Організація класу

Ми зібралися з вами в такий похмурий день, а як на вашу думку, що не вистачає нам для кращого настрою? Правильно, сонечка і тепла. То ж нехай ці фрукти нам своїм кольором будуть слугувати сонечком, а, щоб краще воно світилося, йому потрібно надати промінчиків, а дані промінчики – це ваші знання.

ІІ. Актуалізація опорних знань

Знання - це скарб, на уроці ви будете здобувати їх, а правильні відповіді, які будете висловлювати, – це скарби. Тому ваше завдання  -   назбирати найбільше скарбів. Буду роздавати фішки:  червоні – за правильну відповідь, сині – неточна відповідь.

Раніш, ніж приступити до розгляду нового матеріалу, ми повинні з вами повторити вивчений матеріал, це зробимо у вигляді гри «Хрестики - нулики».

1.закон всесвітнього тяжіння

2.доцентрове прискорення

3.другий закон Ньютона

4.прискорення вільного падіння (формула)

5.прискорення вільного падання (числове значення)

6.від чого залежить дальність польоту тіла, кинутого горизонтально

7.що таке період

8.чому дорівнює період тіла, яке рухається по колу

9.чому дорівнює довжина кола?

 З повтореного бачимо, що дальність польоту залежить від початкової швидкості і висоти, з якої кинуте тіло. Тіло рухається по вітці параболи і, рухаючись по ній, зрештою падає на Землю. При цьому ми вважали, що поверхня Землі плоска. Таке спрощення допустиме для не дуже великих швидкостей, коли дальність польоту порівняно невелика. Насправді Земля – куля. Тому одночасно з просуванням тіла по своїй траєкторії поверхня Землі трохи віддаляється від нього. Можна підібрати таке значення швидкості тіла , для якого поверхня Землі внаслідок її кривизни віддалятиметься від тіла якраз на стільки, на скільки воно наближається до Землі внаслідок притягання до неї.

І тема нашого сьогоднішнього уроку: «Перша космічна швидкість. Штучні супутники Землі (ШСЗ).»

Завдання, яке стоїть перед нами – це встановити числове значення даної швидкості, показати від яких величин залежить швидкість, засвоїти поняття штучного супутника Землі, розібратися в історії космонавтики.

Девіз уроку, яким ми будемо керуватися: «Зібратися разом – це початок, триматися разом – це прогрес, працювати разом – це успіх». Генрі Форд.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Почнемо із  вислову  Ціолковського: «Людство не лишатиметься вічно на Землі, а в погоні за світлом і простором спочатку несміло проникне за межі атмосфери, а потім завоює собі весь навколосонячний простір».  І хотілося б, щоб наприкінці уроку ми з вами пояснили ці слова.

Якщо надати тілу такої швидкості, тоді тіло рухатиметься на сталій відстані h від поверхні Землі, тобто по колу радіуса R_з+h,  де R_з – радіус земної кулі. Яка ця швидкість.

 Оскільки тіло рухається рівномірно по колу, то його прискорення доцентрове і за модулем воно дорівнює: a =υ²/(R_з+h).  Цього прискорення тілу надає сила притягання до Землі; її модуль дорівнює: F=GM_зm/(R_з+h)².   М_з – маса Землі, m – маса тіла. За другим законом Ньютона  a=F/m=GM_З/(R_з+h)². Таким чином, υ²/R+h= GM_з/(R_з+h)², звідси υ=GM_з/(R_з+h). Отже,  якщо тілу надати в горизонтальному напрямі на висоті  h над Землею швидкості, що визначається формулою для визначення швидкості, то воно рухатиметься по колу навколо Землі. Таке тіло називається штучним супутником Землі (ШСЗ). Супутником Землі може стати тіло будь-якої маси, якщо йому надано достатньої швидкості. Ця швидкість, обчислена за формулою, називається першою космічною швидкістю. Перша тому що є і друга і третя космічні швидкості. Обчислюємо першу космічну швидкість для ШСЗ, що запускається поблизу поверхні Землі (h0). У цьому разі υ=GM_з/R_з. нагадаємо, що GM_з/R_з²=g, отже, GM_з/R_з=gR_з. звідси для швидкості υ дістанемо вираз: υ= gR_з. Підставивши в цю формулу значення  g=9,8 м/с² і  R_з=6,4 10⁶м, дістанемо:                        υ=9,8 6,4 10⁶=8км/с. Такої швидкості в горизонтальному напрямі треба надати тілу на невеликій, порівняно з радіусом Землі, висоті, щоб воно не впало на Землю, а стало її супутником, який рухається по коловій орбіті. Іноді саме цю швидкість (8 км/с) називають першою космічною швидкістю. Вісім кілометрів за секунду – це майже   29000 км за годину! Надати такої тілу величезної швидкості, звичайно, не просто. Тільки в 1957 році людству вдалося за допомогою потужної ракети надати першої космічної швидкості тілу масою близько 85 кг, і воно стало першим супутником Землі. До речі цього річ ми вже маємо 60 років від дня запуску першого супутника Землі. Нині в навколоземному просторі рухаються багато тисяч ШСЗ, запущених ученими різних країн.  Супутники рухаються навколо Землі тільки під дією сили всесвітнього тяжіння, яка надає всім тілам однакового прискорення – і супутнику, і всьому, що в ньому знаходиться. Це означає, що всі тіла в супутнику, у тому числі й пасажири, перебувають у стані невагомості.

Якщо тілу надати швидкість більшу ніж 8 км/с, але меншу за 11,2 км/с, то супутник рухатиметься навколо Землі по еліпсу. Чим більша швидкість, тим еліпс більш витягнутий. Швидкість, за якої супутник, подолавши земне тяжіння, рухається по параболі і покидає Землю, називається другою космічною. υ₂11,2 км/с. при швидкості більшій за 11,2 км/с тіло рухається по гіперболі.

Показати учням слайди із супутниками. Супутники використовуються для наукових досліджень. Інформація, яка подається з супутників, сприяє полегшенню вирішення різних народногосподарських завдань. Вони дозволили людині вперше подивитися на свою планету збоку. І першими цю можливість гідно оцінили метеорологи. Тепер лише години потрібні їм для того, щоб отримати уявлення про перебіг процесів, що визначають погоду на всій земній кулі.

За допомогою ШСЗ уперше було виміряна густина верхньої атмосфери (за змінами орбіти), досліджено особливості поширення радіосигналів в іоносфері, перевірено теоретичні розрахунки й основні технічні рішення, пов’язані з виведенням ШСЗ на орбіту.

До нас на урок прибув аспірант історичного факультету,  який вивчає історію розвитку української космонавтики. Прошу.

Учень: (виходять два учні, один коротко розповідає про українських учених, другий чіпляє портрети вчених)

Історичні дані

1516 рік… Земля стогне від кінських копит. Татарва підкотилася до Сіверського Дінця, щоб пограбувати багатий український край та знищити відчайдушних лицарів-козаків…ледь стемніло, як дві сотні козацьких вершників, пообгортавши своїм коням ноги ганчір’ям, нечутно наблизилися до татарського табору, спішилися й хутко почали розставляти дивні пристосування: триноги, на яких кріпилися довгі трубки. Один з козаків черкнув кресалом, запалив гніт і підніс до трубки, що вмить із шипінням та свистом зірвалася з триноги і полетіла на татарський табір, тягнучи за собою вогненного стовпа. Вибух! Ще один. І ще. І  десятки вогняних трубок падали  на  ординські намети, знищуючи татарське військо. Так, 1516 року світ уперше дізнався про вогняні літаючі трубки, які згодом отримали назву «ракети». Автором цього створіння був Засядько Олександр.

Микола Кибальчич  народжений 1881 року створив проект корабля, на якому  можна було б сягнути зір. Так, не дивуйтеся, саме зір. Створив проект принципу реактивної тяги ракети, розв’язав питання програмного режиму горіння, системи подачі палива в камеру згоряння ракети, використання багатокамерних апаратів, керування польотами через зміну кута нахилу двигуна.

Олександр Шаргей або Юрій Кондратюк  у своїй книзі «Завоювання міжпланетних просторів», яка була опублікована у 1929 році описав схему відділення від корабля-матки, стикування злітно-посадкового модуля з кораблем. Його  ідеї через півстоліття використали американці під час здійснення космічної програми «Аполлон».  Політ перших у світі астронавтів до Місяця здійснено за «трасою Кондратюка» на кораблі «Аполло - 9» у 1969 році. За рішенням Генеральної конференції ЮНЕСКО 21 червня 2017 року увесь світ відзначив пам’ятну дату – 120 річчя від дня народження Юрія Кондратюка – Олександра Шаргея.

До піонерів ракетно-космічної техніки ми по праву відносимо ще одного видатного українця,  двічі Героя Соціалістичної Праці Валентина Глушка. Він очолював роботи зі створення потужних ракетних двигунів та ракет на рідкому паливі, створив також перший у світі електротермічний ракетний двигун.

Михайло Янгель – геніальний конструктор, який створив новий напрям і свою школу в розробці ракет і веденні супутникових досліджень. Ним була створена ракета Р-12 – рекордсмен ракетної техніки. Також створили міжконтинентальну ракету на високо киплячих компонентах палива, перші орбітальні головні й відокремлювані частини, військова ракета Р-36М2, а також «Зеніт»,  який став на грані тисячоліть осердям міжнародного проекту «Морський старт».

Володимир Челомей увійшов в космонавтику створивши потужну ракету «Протон».

4 жовтня 1957 року на навколоземну орбіту було виведено перший штучний супутник Землі за допомогою модифікованої міжконтинентальної балістичної ракети Р-7, розробленої в конструкторському бюро під керівництвом Сергія Корольова.

Валентин Бондаренко мав летіти першим у космос, та не судилось… під час тренувальних випробувань у барокамері сталася пожежа, яка була фатальною для пілота. Таємниця була відкрита у 1985році. Його іменем назвали один із кратерів на Місяці.

В нас сьогодні день несподіванок. З американської газети «Таймс» прислали факсом новини, які обговорює весь світ. (про Україну).

Про Україну

Із другої половини ХХ століття й досі дослідження та освоєння космічного простору набуло значного розмаху й охопило практично всі сфери діяльності людини. І наша держава, сторінка за сторінкою, впевнено пише літопис космонавтики, адже в нинішній незалежній Україні приділяється велика увага космічній галузі. Не випадково за міжнародними рейтингами Україна посідає третє місце серед «космічних» країн. У нас діють Національне космічне агентство, Федерація космонавтики, інститут космічних досліджень (з 1996 року). У Києві створено музей космонавтики, один з його філіалів у ранзі науково-дослідного центру аерокосмічної інформації та екологічного моніторингу розташований у Львові. Головна їхня мета – активне вивчення та освоєння навколоземного космічного простору в інтересах держави, розширення і вдосконалення науково-технічного потенціалу цієї галузі, накопичення необхідного практичного досвіду. Відповідно до цього в Україні прийнято вже три загальнонаціональні космічні програми. Їх завданнями є реалізація єдиного державного підходу в космічній галузі, створення сучасної космічної техніки. Наша держава є активним учасником міжнародних космічних проектів, зокрема науковці України беруть участь у програмі «Морський старт». А загалом Україна співпрацює з 20 країнами світу в галузі космонавтики, бере участь у 25 міжнародних наукових та 100  комерційних проектах і програмах. З 1991 до 1997 року українські ракети-носії виводили на орбіту об’єкти різного призначення. У розвитку космічної галузі нашої держави задіяний науково-технічний та виробничий потенціал багатьох регіонів України. Освоєння космічного простору – величезне надбання світової спільноти. Приємно, що в цій історії є українські сторінки. Постійна планомірна діяльність нашої країни в галузі розвитку космічних програм сприяє підвищенню її авторитету на міжнародній арені як космічної держави.

Ми маємо ким гордитися й Україна наша має велике майбутнє в космічній галузі. Чималий внесок у цю галузь робить конструкторське бюро «Південне», ВО «Південмаш». Вони разом з партнерами зі США, Росії а Норвегії 1995 року почали реалізацію проекту «Морський старт». Українсько-російська ракета-носій «Зеніт» виводить на орбіту супутники. Україна, співпрацюючи із Бразилією, планує розпочати запуски супутників з допомогою ракети-носія «Циклон» з бразильського космодрому «Алькантара».

Історія засвідчує, що українці вже багато зробили в царині космічних досліджень. Довіряючи їм нові завдання, можна бути впевненими,що й з ними  вони впораються. А відтак Україна ще заявить про себе як могутня космічна держава.

ІV. Закріплення знань

Щоб досягти зірок, ми з вами маємо виконати певні завдання, які нам залишив один з космонавтів, він дуже поспішав і тому залишив тільки свій шолом із загадковими завданнями. Вам потрібно поділитися на 4 групи, представники прошу по завдання. (задачі)

Вправи:  

1. Обчисліть період обертання супутника Землі на висоті 300 км.

2. Обчисліть першу космічну швидкість для висоти над Землею, що дорівнює радіусу Землі.

3. Яку швидкість повинен мати штучний  супутник, щоб обертатися на висоті 600 км над поверхнею Землі по коловій орбіті?

4. Знайти першу космічну швидкість для Марса, якщо його маса 6,4 10²³, а радіус 3,4 10⁶м.

 На слайді написати учням дані масу Землі: 6 10²⁴кг; радіус Землі 6400 км;

Нещодавно нам на електронну пошту школи прийшло повідомлення з космосу, яке нам потрібно опрацювати. Ми знову поділимося на групи, але вже три. Кожній групі потрібно опрацювати текст, але працюєте в різних напрямках. Перша група вибирає з тексту визначні дати, друга група тим часом шукає ім’я, яке, на вашу думку, пов’язане з даною датою, а третя група серед портретів шукає портрет даної людини.

Повернемося  до нашого вислову Ціолковського: людство не лишатиметься вічно на Землі, а в погоні за світлом і простором спочатку несміло проникне за межі атмосфери, а потім завоює собі весь навколосонячний простір. (учні пояснюють).  Висловіть свою думку відносно того, чи ми виконали завдання поставлені на початку уроку, чи досягли ми тих зірок в височині. (учням роздати фрукти, частинки сонечка).

V. Домашнє завдання: підготувати доповіді про роль України в розвитку космонавтики на сьогоднішній день.

Також обдумайте такий вислів:  один дивак запитав… і замислився мудрець: чому в космосі, заповненому мільярдами гарячих зір, неймовірний холод?

Давайте обдумаємо такі ще запитання:

1. Яка сила утримує ШСЗ на орбіті навколо Землі? (сила тяжіння Землі, яка є доцентровою силою).

2. Чому тіла в супутнику перебувають у стані невагомості? (бо вони і супутник рухаються з однаковим за модулем прискоренням)

3. У космічному кораблі є металева посудина з питною водою. У дні посудини зроблено отвір. Що буде з водою? (вода не буде виливатися)

4. У космічному кораблі, що рухається по орбіті, у банку з водою вкинули металевий ключик. Чи потоне він? (ні)

5. Чи можна звичайним термометром користуватись на ШСЗ? (так)

6. Яким годинником можна користуватись у ШСЗ: пісочним, маятниковим, пружинним? (пружинним)

7. Два ШСЗ різної маси запущено на однаковій висоті над поверхнею Землі. Чи однакові  у них модулі швидкостей? (від маси швидкість не залежить).

8.Знайти період обертання супутника на висоті 600 км над поверхнею Землі.

VІ. Оцінювання учнів  за фішками.