Урок з теми «Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики»

Урок з теми «Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики» (10 клас)

Мета: сформувати уявлення учнів про основні закони космічних польотів; навчити розраховувати першу космічну швидкість і орбітальну швидкість супутників; розвивати наполегливість у засвоєнні законів природи; викликати почуття гордості за розвиток вітчизняної космонавтики; виховувати вміння висловлюватися.

• Навчальна: формувати уміння застосовувати закони Ньютона до розв`язування задач, ознайомити учнів із поняттям штучного супутника Землі, космічних швидкостей та їх змісту; формувати вміння розраховувати першу космічну швидкість; розглянути історію космонавтики, її наукову і практичну значимість.

• Розвивальна: розвивати логічне мислення, допитливість учнів; формувати вміння застосовувати знання для пояснення явищ природи.

• Виховна: виховувати постійну потребу в поповненні знань, гордість за

співвітчизників, які зробили неоціненний внесок у розвиток світової

науки,виховувати  національну свідомість і патріотизм,

прищеплювати почуття поваги й любові до рідного краю, викликати інтерес до його минулого й сучасного.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Методичні  поради.  У  процесі  підготовки  до  уроку  учні  залучаються  до

захоплюючого процесу пошуку з історії розвитку космонавтики та освоєння космічного простору нашими співвітчизниками з України, готують повідомлення про Леоніда Костянтиновича Каденюка, творчий звіт про виконання завдань проекту «космонавтика».

Обладнання: комп’ютер, таблиці, проектор, слайди до уроку, портрети відомих людей.

Хід уроку.

І. Актуалізація опорних знань

Дати відповідь на запитання?

1. Яка сила примушує Землю та інші планети рухатися навколо Сонця?

2. Як зміниться сила взаємодії двох тіл, якщо масу одного тіла збільшити вдвічі, а відстань при цьому не змінювати?

3. Між якими з трьох кульок сила тяжіння найбільша ( кульки мають різні маси)?

4.                        Чи притягується Земля до яблука, яке висить на дереві?

II. 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

Відгадайте загадки.

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

• Одне слово має два значення: перше – найновітніший агрегат у техніці,

друге – дорога людини в житті. (Супутник)

1. Чому тіла падають на Землю?

2. Чому планети рухаються навколо Сонця?

3.                          Чому супутники рухаються навколо планет?

III. Викладання нового матеріалу

Перша і друга космічні швидкості. Розрахунок орбітальної швидкості супутників.

Розглянемо фізичне обґрунтування космічних польотів.

Якщо  тіло  масою m підняти  на  висоту h над  Землею  і  надати  йому

горизонтальної швидкості ₀, то воно при цьому полетить по параболі.

Зі збільшенням швидкості ₀ тіла дальність його польоту збільшується прямо пропорційно (рис. 1). За деякої граничної швидкості тіло не зможе впасти на Землю, а буде обертатись навколо неї по коловій орбіті радіусом (R + h), перетворившись на штучний супутник Землі.

Рис. 1

Швидкість, яку потрібно надати тілу для того, щоб воно стало штучним супутником Землі, називають першою космічною швидкістю. Розраховують

•   так. На тіло діють сила притягання Землі, яка напрямлена до центра планети і, згідно з третім законом Ньютона, сила реакції опори, яка напрямлена від центра обертання. Знайдемо швидкість руху тіла, за якої значення доцентрового прискорення має бути таким, щоб тіло утримувалось на коловій орбіті:

За формулою (1) визначають значення першої космічної швидкості на

висоті h над поверхнею Землі. На поверхні Землі h = 0, отже,

Підставивши останній вираз в (1), знаходимо . Якщо g = 9,8 м/с² i R = 6,4·10⁶ м, то біля поверхні Землі 1 = 7,9 км/с.

Таким чином, тіло, швидкість якого дорівнює 7,9 км/с і напрямлена горизонтально відносно поверхні Землі, стає штучним супутником, що рухається по коловій орбіті.

Швидкість, якої потрібно надати тілу, щоб воно, подолавши притягання планети, перетворилося в супутник Сонця, називають другою космічною.

Для Землі друга космічна швидкість Якщо значення швидкості більше 7,9 км/с, але менше 11,2 км/с, орбіта

супутника Землі є еліптичною. Розвинувши швидкість 11,2 км/с, тіло почне рухатися по параболі і більше не повернеться до Землі.

Запитання до класу

1. Чи здійснилась мрія людства про освоєння космосу повною мірою?

2.                          Чи є актуальною розвиток космічної техніки?

ІV. Закрыплення  нового матеріалу

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: «Уявимо собі, що на дуже високій горі встановили величезну гармату і стріляють з неїгоризонтального напрямі. Чим більше 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 рухатися на висоті h над поверхнею Землі.

Штучний супутник Землі – це тіло, яке рухається на певній висоті над поверхнею Землі по коловій орбіті. 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 ₂ = 11,2·10³м/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 просторі 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 v_ІІІ=17 км/с. Якщо ж запускати корабель в бік, протилежний руху Землі, то третя космічна швидкість зростає до v_ІІІ=73км/с.

IV. Осмислення об'єктивних зв'язків. Узагальнення знань Розв'язування задач

1.     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?

2. Супутник обертається по коловій орбіті на невеликій висоті над планетою.

Період обертання супутника 3 год. Вважаючи планету однорідною кулею, знайдіть її густину.

V. Підсумки уроку

• Перша космічна швидкість — мінімальна швидкість, якої необхідно надати тілу, щоб воно стало штучним супутником Землі, що рухається по коловій орбіті.

Якщо

• Друга космічна швидкість — мінімальна швидкість, якої необхідно надати тілу, щоб воно змогло подолати притягання Землі й стати штучним супутником Сонця, що рухається по параболічній орбіті в полі тяжіння Землі:

Учні виступають з повідомленнями, проектом, підготовленими вдома тему «Україна і коспос»

VI. Домашнє завдання

Опрацювати §23 підручника.

Впр. 20 ( 1, 2) – розв’язати.