Конспект урока физики в 9 классе по теме «Искусственные спутники Земли»

Конспект урока физики в 9 классе по теме «Искусственные спутники  Земли» Тип урока: урок ознакомления с новым материалом. 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  что­то 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 2­ух 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  Как связаны между  собой,  ускорение тела с силой и  массой?  Что надо сделать,  чтобы тело стало искусственным  спутником Земли? (ИСЗ)  Как рассчитать силу  всемирного тяготения?  Как называют  минимальную скорость, при  которой тело сможет  двигаться  по околоземной орбите? Какова  ее формула на небольшой высоте  над Землей? Чему она равна?  Как  рассчитать центростремительное  ускорение тела?  Как  будет двигаться  спутник, если его  скорость ненамного превысит  первуюкосмическую? Чему равно  ускорение свободного  падения (g) вблизи поверхности  Земли?   Как будет двигаться  тело, чья скорость достигнет  второй космической скорости?  Каково среднее  значение радиуса Земли?        Масса Земли? 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. 13.Как рассчитывают первую  космическую скорость на   высоте h над Землей? Как меняется она с высотой орбиты?               ответить в таблице  «Освоение космоса» См. параграф 20  («Физика­9»)­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 из­за  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 Ил­76, 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://school­collection.edu.ru/catalog/res/ae0650b9­d520­cc7f­ 78e7­f3c4dddf2ce6/, свободный. – Загл. с экрана. 2. Заир­Бек 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.