Войти / Зарегистрироваться

Искусственные спутники Земли

Получить свидетельство
Автор: Мунасыпова Светлана Евгеньевна
Цель  урока:  изучить физические основы запусков искусственных спутников Земли.
Задачи урока:
Обучающие:
1) изучить движения тел в гравитационном поле Земли;
2) вывести формулу первой космической скорости, используя закон всемирного тяготения и закономерность движения тел по окружности;
3) ознакомить учащихся с ролью отечественной науки в освоении космического пространства;
4) формировать информационную и коммуникационную компетенции учащихся;
5) совершенствовать учебные умения: делать умозаключения, строить выводы;
6) изучить сущность новых понятий: баллистика, первая космическая скорость, вторая космическая скорость, искусственный спутник Земли;
Воспитательные:
1) формировать интерес учащихся к новому материалу через практическую значимость изучаемой темы;
2) развивать научное мировоззрение учащихся;
3) воспитывать  патриотизм и чувство гордости за свою Родину  при знакомстве с историческими фактами и личностями;
Развивающие:
1) развивать аналитическое и критическое мышление:  выделять причинно-следственные связи,  осмысливать  новые  знания в контексте уже имеющихся,  проводить критический анализ и систематизировать  информацию;
2) стимулировать самообразование и самоорганизацию учащихся;
3) развивать эмоции, речь, внимание, память.
Методы обучения:
1) лекция с элементами беседы,
2) рассказ,
3) показ презентации,
4) демонстрация компьютерных  анимаций,
5) демонстрация кинофрагмента,
6) самостоятельная работа.
Форма организации учебной деятельности: фронтальная.
Оборудование: персональный компьютер, мультимедиа проектор, раздаточный материал с эпиграфами, характеристиками критического мышления  и опорными таблицами для учащихся, презентация учителя, компьютерные анимации «Движение тел в поле тяготения Земли», видеофрагмент «Освоение космоса»,  учебник А.В. Перышкин, Е.М. Гутник  «Физика 9 класс».

Ход урока
1 этап: Организационный момент.
Организация класса: проверка присутствия учащихся на уроке, проверка  готовности к уроку - раздаточный материал для учащихся, калькуляторы.
2 этап: Создание исходной мотивации  и  сообщение темы урока.
Учитель: ребята, на уроках физики мы уже многое  узнали о движении тел. Сейчас мы  подходим к концу изучения главы  «Основы динамики». Но осталась еще одна важная тема, понимание которой было бы невозможно без знания  закона всемирного тяготения и закономерностей движения тел по окружности. Это тема посвященная запуску искусственных спутников на орбиту Земли. Она важна для нас еще и потому, что в настоящее время искусственные спутники Земли выполняют многие незаменимые функции в обеспечении связи, навигация, картографии, оборонной отрасли, научных исследованиях - то  есть имеют широкое практическое и научное  применение. 
3 этап: Изучение нового материала.
3.1. Обсуждение цели урока вместе с  учащимися:
Учитель: основная цель урока – изучить физические основы запусков искусственных спутников Земли.
В ходе урока нам предстоит работа с различной информацией:
- уже известные вам научные факты и законы;
- новые сведения, узнаваемые  на уроке в ходе совместного обсуждения темы вместе с учителем, одноклассниками; в ходе просмотра кинофрагмента;
- информация, полученная самостоятельно, путем умозаключений на основе прежних знаний.
Эта информация потребует осмысления и обработки.  Для этого ваше мышление должно быть очень активным и критичным – то есть вы должны проводить отсев информации, выделяя в ней то главное, что вам нужно в данный момент.         
Систематизировать знания вам помогут опорные таблицы, помещенные в опорном конспекте.
3.2. Знакомство с раздаточным материалом:
Эпиграфы:
«Планета есть колыбель разума. Но нельзя вечно жить  в колыбели …                  
Земля  необходима,  как опора для распространения и упрочнения человечества в Солнечной системе … ».                                
К. Э. Циолковский
«Мыслить человек начинает тогда, когда у него появляется потребность что-то понять”.   
Л.С. Рубинштейн 
Характеристики критического мышления:
Думать критически это:
  • Проявлять любознательность
  • Использовать исследовательские методы
  • Ставить перед собой вопросы
  • Осуществлять планомерный поиск ответов
  • Вскрывать причины и последствия фактов
  • Сомневаться в общепринятых истинах
  • Отстаивать свою точку зрения
  • Быть внимательным к аргументам оппонента.
Учащиеся: Обдумывание смысла эпиграфов, характеристик критического мышления, просмотр 2-ух опорных таблиц  (см. ниже).
3.3  Актуализация имеющихся знаний.
Учитель:Ребята, перед вами находится список вопросов, которые вы должны отнести стрелками к левой или правой колонке таблицы.
Таблица 1

Уже знаю ответ

ВОПРОСЫ

              Пока не знаю ответ

 

 1. Как связаны между собой,  ускорение тела с силой и массой?

 

 

 2. Что надо сделать, чтобы тело стало искусственным спутником Земли? (ИСЗ)

 

 

 3. Как рассчитать силу всемирного тяготения?

 

 

 4. Как называют минимальную скорость, при которой тело сможет  двигаться по околоземной орбите? Какова ее формула на небольшой высоте над Землей? Чему она равна?

 

 

 5. Как рассчитать центростремительное ускорение тела?

 

 

 6. Как  будет двигаться спутник, если его скорость ненамного превысит первую космическую?

 

 

 7. Чему равно ускорение свободного падения (g) вблизи поверхности Земли?

 

 

 8. Как будет двигаться тело, чья скорость достигнет второй космической скорости?

 

 

 9. Каково среднее значение радиуса Земли?       Масса Земли?

 

 

 

10. Чем объяснить тот факт, что в космическом корабле, движущемся по орбите, состояние  невесомости

 

 

 

11. По какой формуле рассчитывают силу тяжести на высоте h над Землей?

 

 

12. Сведения из истории запусков первых космических аппаратов.

 

ответить в таблице «Освоение космоса»

 

13. Как рассчитывают первую космическую скорость на  высоте h над Землей? Как меняется она с высотой орбиты?

См. параграф 20 («Физика-9»)-задано на дом
 
На какие из перечисленных вопросов вы знаете ответы?
Запишите их в левую колонку вашей таблицы. Эти сведения должны помочь вам найти ответы на интересующие вас вопросы. 
Учащиеся:  заполняют сектора в левой части таблицы, затем проверяют их правильность в парах. 
3.4. Осмысление содержания темы урока (получение информации от учителя, из кинофрагмента и ее активная обработка – обсуждение с напарником, с классом, систематизация с помощью таблиц).
Учитель: Теперь,  когда подготовка к изучению нового материала завершена, начнем искать ответы на интересующие нас вопросы.  Первый из них: «Как сделать тело искусственным спутником Земли?»
Давайте поставим мысленный эксперимент  и обсудим его в диалоге.
Вам приходилось играть в мяч. Как движется мяч, если его бросить параллельно земле?
Ученики: По кривой – параболе и падает на землю.
Учитель: Скажите, а как будет меняться траектория мяча, если вы увеличите скорость броска?
Ученики: Траектория станет более  длинной, а кривизна уменьшится.
Учитель: Все верно!  Такое движение рассматривает  баллистика –  наука изучающая полеты артиллерийских снарядов. Одним из ее основоположников в 17 веке был  Исаак Ньютон (Слайд 1).
 
Слайд № 1.
В работах Ньютона можно найти интересный рисунок, показывающий, как можно осуществить переход от простого падения тела по параболе к орбитальному движению тела вокруг Земли.  «Брошенный на землю камень,- писал Ньютон,- отклонится под действием тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет, наконец,  на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадет дальше. Продолжая эти рассуждения, нетрудно прийти к выводу, что если бросить камень с высокой горы с достаточно большой скоростью, то его траектория могла бы стать такой, что он вообще никогда не упал бы на Землю,  превратившись в ее искусственный спутник».
Ученики: делают запись в секторе № 2 таблицы 1 – «запустить горизонтально с большой скоростью».
Учитель: Из этого следует,  что задача запуска спутника сводится  расчету той самой особенной скорости, которая позволит ему вращаться, совершая свободное падение и не достигая земли по той причине, что  кривизна его траектории повторяет форму Земли! Эту скорость назвали первой космической. Запишите ее название в таблице 1 (сектор № 4).
Давайте выведем формулу первой космической скорости из формулы центростремительного  ускорения.
Ученики:  самостоятельно получают формулу первой космической скорости вблизи поверхности Земли.
Учитель: Подставьте значение   g= 9,8 м/с2 ,   R Земли= 6400 000 м   и рассчитайте ее величину на небольшой высоте над Землей. У вас получилось: 7,9 км/с.
Ученик: выходит к доске и записывает вывод формулы и расчет первой космической скорости, класс сверяет результат с информацией слайдов  № 2 и № 3.
 
Слайд № 2.
 
Слайд № 3.
Учитель: А теперь внесите полученные сведения  в таблицу 1, сектор № 4.
Сейчас обратимся к компьютерной модели движения тел под действием земного тяготения и заполним еще несколько секторов таблицы. 
Далее идет демонстрация компьютерных анимаций «Движение тел в поле тяготения Земли» (см. ссылку в Списке использованных источников).
Анимация № 1 – как мы узнали, при запуске тел горизонтально с малыми скоростями (десятки метров в секунду), тело падает по параболе недалеко от старта.
Анимация № 2- при увеличении скорости запуска до нескольких  км в  секунду тело движется  по баллистической кривой, огибая поверхность Земли, но обязательно падает на Землю.
Анимация № 3- при запуске с первой космической скоростью  тело становится искусственным спутником Земли, то есть движется по круговой геоцентрической орбите – на небольших высотах эта скорость равна около 8 км в секунду.
Анимация № 4- при движении вокруг Земли тело совершает свободное падение, если высота не превышает несколько сотен км.
Анимация №5 - если же спутнику задать скорость чуть большую, чем первая космическая, то его орбита вытягивается и превращается в эллипс, если скорость не более 11,2 км в секунду (так называемая вторая космическая скорость) – двигаясь по эллипсу, тело все время возвращается к точке старта  (запись  № 6 в таблице 1).
Анимация № 6 - но если скорость спутника достигнет  второй  космической скорости, то он преодолеет  земное притяжение  и уйдет с околоземной орбиты по параболе  дальше в Солнечную систему - станет спутником Солнца (запись № 8 в таблице 1).
Ребята,  свою  идею  о движении камня вокруг Земли Ньютон высказал за 300 лет до того, как люди сумели создать аппараты,  способные двигаться в космическом пространстве.  Ведь требовалось попутно  решить множество задач – прежде всего, подниматься за пределы атмосферы (для устранения трения) и маневрировать  в безвоздушном пространстве  (здесь можно применять  лишь  реактивное двигатели).  Однако во второй половине 20 века  эти проблемы были решены,  и впервые в мире в нашей стране был произведен запуск  искусственного спутника  Земли.
За счет бескорыстного энтузиазма в годы тяжелейших испытаний  для всей нашей страны (ВОВ, «холодная война») теоретики и практики новой отрасли науки и техники, космонавтики, проложили дорогу в космос для всего человечества.
Сейчас мы увидим кинофрагмент «Освоение космоса» (См. ссылку в Списке использованных источников), посвященный нашим замечательным соотечественникам - первопроходцам  космоса. Вам надо воспринять информацию исторического характера и записать ее в соответствующие сектора таблицы 2 «Освоение космоса». Затем вы выразите свое эмоциональное отношение к  увиденному и услышанному. 
Но в дополнение я прошу вас быть  особенно внимательными и критичными: этот исторический  отрывок  содержит одну физическую ошибку (оговорка диктора). Постарайтесь ее не пропустить! А услышав – отметьте в таблице, но не выкрикивайте вслух.
Просмотр кинофрагмента  «Освоение космоса» - 3 мин. Во время просмотра ученики заполняют таблицу  2 «Освоение  космоса».
Таблица 2
 

Факты

Время

Люди

Вклад в освоение космоса

 

Первые исследования возможности космических полетов

 

 

 

 

Запуск первого искусственного спутника Земли

 

 

 

 

 

 

 

Запуск первого пилотируемого корабля на околоземную орбиту

 

 

 

Какие чувства вызвал у вас данный кинофрагмент? Дайте пояснения

 

Информация, которая вызвала ваши сомнения

 

 
 
Обсуждение  информации   и  эмоционального отношения учеников к  увиденному.
ОШИБКА: в  середине фильма диктор произносит « скорость спутника 8000 километров в час,  а на самом деле первая космическая скорость 8 000 метров в секунду!
3.5. Рефлексия (постановка новых целей, размышление).
Учитель:Ребята, теперь, когда мы узнали все то, что намечали в цели урока, подумайте, какие еще вопросы, связанные с движением искусственных спутников Земли мы могли бы решить в будущем.
Ученики: Почему в космическом корабле на орбите невесомость, как  рассчитывать первую космическую скорость на больших высотах.
Учитель: Невесомость на орбите – одно из самых непривычных для человека и удивительных состояний. В чем ее причина? Какие предположения первыми приходят в голову? Выскажите гипотезы!
Один из возможных ответов учеников:
«На  большом расстоянии от Земли сила тяжести так слаба, что вес не ощущается»
Учитель: вот сведения для справки: наибольшая высота движения МКС составляет 400 км (Слайд № 4).
 
Слайд № 4.

Вычислите для сравнения силу тяжести, действующую на тело массой 1 кг на  Земле  и на высоте 400 км.  
Ученики:  проводят вычисления и убеждаются в том, что высказанная гипотеза была неверной.
Учитель:Вывод: причина невесомости не в уменьшении силы тяжести из-за большой высоты над Землей!
Рассмотрим другое объяснение, связанное со свободным падением (Слайд № 5).
 
Слайд № 5.
Сравним фотографии воды в невесомости на МКС и капли в свободном падении на Земле.
Ученики: Капли выглядят одинаково.
Учитель: Теперь сравним поведение тел на борту МКС и на борту летающей лаборатории Ил-76, находящейся в свободной падении (Слайд № 6).
 Слайд № 6.
Ученики: Причина невесомости – свободное падение.
4 этап:  Подведение итогов урока и запись домашнего задания.
Учитель:  План урока выполнен! Однако круг вопросов, связанных с движением ИСЗ еще не исчерпан. Нам еще предстоит вывести формулу для расчета первой космической скорости на значительной высоте над Землей. Вы сможете сделать это самостоятельно дома и проверить себя по учебнику.
Задание на дом: параграф 20, упр. 19 (2,3); заполнить сектор № 13 в таблице 1 (расчёт первой космической скорости на различных высотах).
Сочинить синквейны на темы: «Искусственный спутник Земли», «Невесомость». Правила написания синквейна (Слайд № 7).
 Слайд № 7.
Рекомендации: интересный материал о космонавтике можно найти на сайте Роскосмоса: www. federalspace.ru,  блог космонавта МКС, героя Российской Федерации Максима Сураева;  о движении тел в поле тяготения Земли – документальный сериал BBC с участием профессора Брайана Кокса «Чудеса Вселенной», серия «Падение».
Урок окончен.  Успехов вам,  ребята,  в изучении физики!
 
Список использованных источников:
  1. Единая коллекция ЦОР (пошаговая анимация  по теме "Движение тел в поле тяжести Земли"). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://school-collection.edu.ru/catalog/res/ae0650b9-d520-cc7f-78e7-f3c4dddf2ce6/, свободный. – Загл. с экрана.
  2. Заир-Бек С. И., Муштавинская И. В. Развитие критического мышления. – М.: «Просвещение», 2012.
  3.  Освоение космоса (видеофрагмент).  [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://www.youtube.com/watch?v=nYOQ--8ktJc, свободный. – Загл. с экрана.
  4. Перышкин А. В., Гутник Е. М.  Физика - 9 класс: учебник. – М.: ДРОФА, 2008. 
Скачать публикацию