Тема: Искусственные спутники Земли

Тема урока: Искусственные спутники Земли. (9 класс)
Слайд 1.
Слайд 2.
Цель: сформировать четкое представление о процессе движения искусственных
спутников Земли
Образовательная цель – сформировать представление об ИСЗ, помочь учащимся
осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений.
Развивающая цель – создать условия для развития исследовательских и творческих
навыков; навыков общения и совместной деятельности.
Воспитательная цель – способствовать привитию культуры умственного труда; создать
условия для повышения интереса к изучаемому материалу.
Тип урока: урок изучения нового материала и первичного закрепления.
Форма работы: индивидуально – групповая.
Организация урока
Оргмомент ------------------------------------1 мин
Мотивация-------------------------------------2 мин
Актуализация знаний------------------------2 мин
Объяснение нового материала-------------20мин
Закрепление знаний--------------------------15мин
Рефлексия, домашнее задание--------------5 мин
Ход урока.
Сегодня, ребята рассмотрим более детально вопрос о запуске и движении ИСЗ.
Слайд 3. А что нужно сделать, чтобы тело стало искусственным спутником Земли?
Писатели-фантасты уже несколько веков рисуют нам картины создания искусственных
спутников Земли. И один из таких проектов вовсе не кажется безнадежным.
Слайд 3. Вообразите себе пушку, стоящую на высокой башне. Если из пушки
выстрелить, то ядро, описав дугу, упадет на землю. Если же в пушку положить побольше
пороху, то ядро получит бoльшую скорость и упадет дальше. При этом Земля вследствие
вращения как бы “убегает” от ядра. Если продолжать увеличивать начальную скорость,
ядро будет падать все дальше и дальше.
Наконец, можно выстрелить так, что ядро никогда не упадет. Оно будет кружить вокруг
нашей планеты, то есть превратится в искусственный спутник Земли. Для этого нужно
подобрать такую начальную горизонтальную скорость, чтобы поверхность Земли из-за ее
шарообразности удалялась от тела как раз на столько, на сколько тело приближается к
Земле благодаря притяжению к ней.
Ребята, а что вам известно о ИСЗ? (даем возможность ученикам поделиться знаниями с
одноклассниками)
Рассказывает учитель.
Искусственные спутники Земли (ИСЗ), космические летательные аппараты, выведенные
на орбиты вокруг Земли и предназначенные для решения научных и прикладных задач.
Слайд 4. Запуск первого ИСЗ, первым искусственным небесным телом, созданным
человеком, был осуществлен в СССР 4 октября 1957 года и явился результатом
достижений в области ракетной техники, электроники, автоматического управления,
вычислительной техники, небесной механики и др. разделов науки и техники. С помощью
этого ИСЗ впервые была измерена плотность верхней атмосферы, исследованы
особенности распространения радиосигналов в ионосфере, проверены теоретические
расчеты и основные технические решения, связанные с выведением ИСЗ на орбиту. 1
февраля 1958 на орбиту был выведен первый американский ИСЗ «Эксплорер-1», а
несколько позже самостоятельные запуски произвели и другие страны.
В соответствии с международной договоренностью космический аппарат называется
спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. Научноисследовательские ИСЗ служат для исследований Земли, небесных тел, космического
пространства. К их числу относятся, в частности, геофизические спутники, геодезические
спутники, орбитальные астрономические обсерватории и др.
Слайд 5. В соответствии с разнообразием научных и прикладных задач, решаемых с
помощью ИСЗ, спутники могут иметь различные размеры, массу, конструктивные схемы,
состав бортового оборудования.
2011 год – год Космонавтики
Слайд 6. 12 апреля 1961 г. Первый в мире летчик – космонавт, наш соотечественник
Юрий Алексеевич Гагарин совершил космический полет на корабле – спутнике
«Восток».
Полет проходил 108 минут.
Необходимо вспомнить еще одного космонавта нашего земляка. Космонавта Чувашии.
А.Николаев – третий космонавт. И мы гордимся им.
Движение спутника является примером свободного падения, так как происходит только
под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря, тому, что
обладает достаточно большой скоростью, направленной по касательной к окружности, по
которой он движется. Значит, для того чтобы некоторое тело стало ИСЗ, его нужно
вывести за переделы земной атмосферы и придать ему определенную скорость,
направленную по касательной к окружности, по которой он будет двигаться. Наименьшая
высота над поверхностью Земли, на которой сопротивление воздуха практически
отсутствует, составляет 300 – 400 км от земной поверхности.
Выведем формулу для расчета скорости, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало
ИСЗ, двигаясь вокруг нее по окружности.
Движение спутника происходит под действием одной только силы тяжести.
И эта сила сообщает ему ускорение свободного падения, которое в данном случае
выполняет роль центростремительного ускорения.
Слайд 7
По данной формуле можно рассчитать первую космическую скорость спутника любой
планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус
данной планеты.
А теперь рассчитаем 1 космическую скорость у поверхности Земли.
Слайд 8.
Слайд 9.
2 комическая скорость.
Слайд 10. 3 космическая скорость
Слайд 11.
Физкультминутка
А сейчас
Мы соседу, улыбнулись.
Выше руки потянулись
Руки вы в локтях согните.
Ну – ка, плечи распрямите,
Вправо, влево повернитесь,
И на место возвратитесь
Слайд 12 По какой траектории могут двигаться спутники?
Слайд 13 . траектория движения тел
14.
За годы освоения космоса в мире созданы и эксплуатируются более 20 космодромов и
ракетных полигонов, сотни боевых ракетных шахт и пусковых установок, всего запущено
свыше 6000 космических объектов, из них около 700 в настоящее время эксплуатируются
на околоземных орбитах, ежегодно осуществляется около 100 запусков объектов в космос,
в которых участвуют более 20 стран.
Какие вы знаете космодромы с которых запускаю советские космические аппараты?
15. Пусковая установка на космодроме Плесецк
16 слайд. Задачи
1 задача F = 768 Н
2 задача V= 7,1км /с T= 7,1 * 103 с
17. слайд. Решение задачи № 1
18 . слайд. А что думают поэты?
19 слайд стихотворение
20 .слайд Рефлексия
Учитель задает вопросы:
Что нового вы узнали о ИСЗ?
Кто и когда запустил первый ИСЗ?
Чему равна первая космическая скорость?
21. Домашнее задание:
параграф 20, ответить на вопросы.
22. Спасибо за урок!
Тело, находящееся на некоторой высоте h над Землей и брошенное с начальной скоростью
V в горизонтальном направлении, движется по ветви параболы. При этом оно в конце
концов падает на Землю. При этом поверхность Земли считается плоской. Такое
упрощение допустимо при не очень больших скоростях, при которых дальность полета
сравнительно невелика.
В действительности Земля - шар. Поэтому одновременно с продвижением тела по его
траектории поверхность Земли несколько удаляется от него.
И можно подобрать такое значение скорости тела, при котором поверхность Земли из-за
ее кривизны будет удаляться от тела как раз на столько, на сколько тело приближается к
Земле благодаря притяжению к ней. Тогда тело будет двигаться на постоянном
расстоянии h от поверхности Земли, т. е. по окружности радиусом Rз + h, где Rз - радиус
Земли.
Тема урока:
ИСЗ. Первая космическая скорость.
Тип урока: комбинированный
Цели урока:
Закрепление и применение полученных знаний для вывода первой космической скорости.
Изложение материала, расширяющего кругозор учащихся.
Обсуждение вопросов и решение задач, требующих творческой инициативы и активности
учащихся.
Воспитание чувства патриотизма по отношению к городу и стране, побуждение к
творческой деятельности, направленной на изучение истории города и градообразующего
предприятия.
Выработка работоспособности, внимательности учащихся, умения излагать и
воспринимать новый материал.
Технические средства:
- персональный компьютер
- мультимедиапроектор
- фото- и видеоматериалы на магнитных и оптических носителях информации
- демонстрационный экран
Раздаточный материал:
Опорные конспекты-таблицы по темам “Движение по окружности” и “Искусственные
спутники Земли”
Карточки с индивидуальными заданиями
Информационные технологии:
мультимедийные демонстрации
мультимедийные проекты учащихся
Ход урока:Этапы Время Деятельность учащихся
Деятельность учителя
Организация работы1-2 минуты Подготовка к работе на уроке
Объявление темы
урока и порядка работы на уроке
Повторение изученного (актуализация знаний) 10 минут
Дифференцированная: работа по индивидуальным заданиям - участие во фронтальной беседе
Распределение
индивидуальных заданий по карточкам и проведение фронтальной беседы с
использованием дидактического материала
Приобретение новых знаний
15 минут
Восприятие и запись нового материала
Изложение нового материала в форме диалога с учащимися
Закрепление новых знаний 5 минут
Решение задач по новой теме
Контроль
работы учащихся у доски и на местах
Изложение материала развивающего характера 10 минут
Дифференцированное: сообщения и использованием информационных технологий - восприятие материала
сообщений Оказание необходимой технической помощи учащимся, делающим
сообщения
Подведение итога урока, выставление оценок, задание на дом 2-3 минуты
1. Организация работы.
Преодолев земное притяженье,
Ракета от Земли оторвалась…
И не было счастливее мгновенья –
Здесь новая эпоха началась.
Ступень… вторая… Третья отделилась,
Сгорая в атмосфере без следа…
А над Землей внезапно появилась
Стремительно летящая звезда.
И Человечество застыло в изумленье:
Летящий в небе серебристый шар –
Рук человеческих великое творенье Был послан от Земли Вселенной в дар.
Объявление темы урока, порядка работы на уроке:
- работа по карточкам и фронтальная беседа
- изучение и закрепление нового материала
- сообщения учащихся по теме урока
2. Повторение изученного (актуализация знаний)
- работа по индивидуальным заданиям
для слабых учеников - работа с учебником, опорными конспектами по карточкам. Один из
слабых учеников работает у доски по карточке с опорным конспектом.
Один из учащихся решает задачу, заданную на дом, на доске, чтобы впоследствии можно
было использовать это решение для изложения нового материала.
(Период обращения первого космического корабля “Восток” - спутника Земли - равнялся
90 минутам. Средняя высота спутника над поверхностью Земли 320 км. Радиус Земли
6400 км. Вычислить линейную скорость космического корабля и записать ее в км/с. (7,8
км/с))
- фронтальная беседа с использованием опорных таблиц
1. С помощью каких опытов можно убедиться, что мгновенная скорость тела,
движущегося по окружности, направлена по касательной к окружности?
2. Куда направлено ускорение тела при его движении по окружности с постоянной по
модулю скоростью? Как называется это ускорение?
3. Можно ли считать движение по окружности с постоянной по модулю скоростью
равномерным? Почему?
4. Можно ли считать движение по окружности равноускоренным? Почему?
5. По какой формуле можно вычислить модуль вектора центростремительного ускорения?
3. Изложение нового материала. (приложение 1 - презентация)
1 КАДР
Вопрос:
Как будет двигаться тело, если бросить его в горизонтальном направлении? (По параболе)
2 КАДР
Вопрос:
Какой моделью мы пользуемся, когда рассматриваем такое движение?
(Плоская Земля и однородное гравитационное поле)
3 КАДР
Вопрос:
Можно ли пользоваться такой моделью, если рассматривать движение тела вокруг Земли?
(Нет, так как в этом случае нельзя пренебрегать размерами и формой земли, а ускорение
свободного падения в разных точках имеет различное значение и направление)
4 КАДР
Вопрос:
Какая сила вызывает вращение тела вокруг Земли? (Сила тяготения)
5 КАДР
Вопрос:
А что нужно сделать, чтобы тело стало искусственным спутником Земли?
Писатели-фантасты уже несколько веков рисуют нам картины создания искусственных
спутников Земли. И один из таких проектов вовсе не кажется безнадежным. Вообразите
себе пушку, стоящую на высокой башне. Если из пушки выстрелить, то ядро, описав дугу,
упадет на землю. Если же в пушку положить побольше пороху, то ядро получит бoльшую
скорость и упадет дальше. При этом Земля вследствие вращения как бы “убегает” от ядра.
Если продолжать увеличивать начальную скорость, ядро будет падать все дальше и
дальше.
Наконец, можно выстрелить так, что ядро никогда не упадет. Оно будет кружить вокруг
нашей планеты, то есть превратится в искусственный спутник Земли. Для этого нужно
подобрать такую начальную горизонтальную скорость, чтобы поверхность Земли из-за ее
шарообразности удалялась от тела как раз на столько, на сколько тело приближается к
Земле благодаря притяжению к ней.
Рассчитаем, с какой скоростью должно вылететь ядро, чтобы стать искусственным
спутником Земли, то есть обращаться вблизи Земли по круговой орбите.
6 КАДР
Модель: 1. Земля является однородным шаром с радиусом 6400 км.
2. На тело не действуют никакие силы, кроме силы тяготения, направленной к центру
Земли.
3. Спутник будем считать материальной точкой.
7 КАДР
Гравитационная сила, действующая на спутник
М – масса Земли
m – масса спутника
R – радиус Земли
h – высота спутника над поверхностью Земли.
Сила тяготения сообщает спутнику центростремительное ускорение
но по II закону Ньютона
Отсюда получаем равенство:
или:
то есть имеем выражение для скоростb:
8 КАДР
Выводы:
Скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли
Скорость не зависит от массы спутника
Если принять h = 0, то вблизи поверхности Земли
Вычисляя, получаем, что скорость равна приблизительно 8000 м/с (сравним эту скорость с
той, которую получил ученик, решавший задачу у доски)
9 КАДР
Тело, скорость которого равна 7,9 км/с и направлена горизонтально относительно
поверхности Земли, становится искусственным спутником, движущимся по круговой
орбите на небольшой высоте над Землей.
10 КАДР -1,2 и 3 космические скорости
11 КАДР оставить
Космическая скорость
Значение
км/с
Вид траектории
Движение тела
Первая
7,9
окружность
Спутник Земли
11,2>v>7,9
Эллипс
Вторая
11,2
парабола
Покидает пределы Солнечной системы
4. Закрепление новых знаний
4. Закрепление новых знаний
1. По группам решаются задачи. Карточки с названиями планет раздаются заранее.
Ученики до получения задания не знают об их назначении. Данные о планетах содержатся
на карточках.
Ваш космический корабль произвел вынужденную посадку на одну из планет Солнечной
системы. Определить скорость космического корабля для запуска его на круговую
орбиту планеты. Атмосферы планет разреженные (можно пренебречь силами
сопротивления
ланета Масса планеты
Радиус планеты, км 1-я космическая скорость
Земля Мз = 5,976·1024кг 6 370
Меркурий
0,056 Мз
2 435
Марс 0,11 Мз
3 395
Плутон
0,18·Мз
3000
После решения задачи заполняется таблица, куда вносятся вычисленные значения 1-й
космической скорости
5. Сообщения учащихся с использованием мультимедийных презентаций.
Темы сообщений:
“Первый, второй и третий искусственные спутники Земли”
“Вклад НПО машиностроения в создание современной ракетно-космической техники”
“Автоматические и пилотируемые космические аппараты, созданные НПО
машиностроения”
Подведение итогов урока и домашнее задание.
Ниже приводится вариант задания для индивидуальной работы слабых учеников
Фамилия, имя Укажите на рисунке направление вектора ускорения в точке А при
равномерном движении тела по окружности
Укажите на рисунке направление вектора скорости в точке А при равномерном движении
тела по окружности
Запишите формулу центростремительного ускорения
Запишите Закон всемирного тяготения
Как двигалась бы Луна, если бы на нее не действовала сила тяготения?
.
Искусственные спутники Земли
4 октября 1957 г.
Выведен на орбиту 1-й
искусственный
спутник Земли
3 ноября 1957 года
запущен 2-й ИСЗ с
собакой Лайкой на
борту
15 мая 1958 года
запущен 3-й ИСЗ с
научной аппаратурой
2 января 1959 года
запуск космической
станции «Луна».
Достигнута вторая
космическая скорость
12 февраля 1961 года
вышла за пределы
земного притяжения
12 апреля 1961
года совершен
первый
космический
полет человека
(Ю.А.Гагарин)
1 ноября 1962
года –
межпланетная
станция «Марс-1»
16 июля 1969 года
впервые человек
ступил на другую
планету (Н.
Армстронг, США)
1 июля 2004 года
на орбиту
Сатурна вышла
межпланетная
станция Cassini
Выводы:
Скорость спутника
зависит от его высоты над поверхностью
Земли
зависит от массы Земли
не зависит от массы спутника
Масса Земли
5,976·1024кг
Радиус Земли
6,371·106м
Гравитационная
постоянная
6,672·10-11Н·м²/кг²
Ускорение
свободного падения
9,8 м/с²
Вблизи поверхности Земли
v  gR
М – масса Земли
m – масса спутника
R – радиус Земли
h – высота спутника над
поверхностью Земли
FG
ац 
Mm
(R  h)2
v2
Rh
v G
M
Rh
При сообщении телу
начальной скорости в
горизонтальном
направлении дальность
полета
зависит
от
величины
скорости.
При
этом
Земля
вследствие
вращения
«убегает» от падающего
тела.
Существует
скорость, при которой
тело не упадет на