Поурочная разработка урока "Первая космическая скорость. Невесомость" физика 9 класс Перышкин

Ппоурочная разработка урока по теме «Первая космическая скорость. Невесомость и перегрузки» (физика, 9 класс) в соответствии с требованиями ФГОС ООО (основного общего образования), ориентированная на УМК А. В. Перышкина.

Общие сведения

• Предмет: Физика
• Класс: 9
• Учебник: А. В. Перышкин «Физика 9 класс» (ФГОС)
• Тип урока: урок открытия новых знаний (по классификации ФГОС)
• Форма организации: комбинированная (фронтальная, индивидуальная, групповая)
• Методы обучения: частично-поисковый, проблемный, объяснительно-иллюстративный
• Оборудование: мультимедийная презентация, видеоматериалы (невесомость, запуск ракеты), доска/экран, таблицы с формулами

 Цели урока (в соответствии с ФГОС ООО)

Предметные:

• Понять и уметь применять понятия: первая космическая скорость, невесомость, перегрузка
• Вывести формулу первой космической скорости и уметь применять её на практике
• Научиться объяснять физическую природу невесомости и перегрузок

Метапредметные:

• Формировать УУД:
• Познавательные: умение анализировать, сравнивать, строить логические рассуждения, делать выводы
• Коммуникативные: умение работать в паре, группе, слушать других
• Регулятивные: умение планировать, ставить цель, оценивать результаты

Личностные:

• Развивать интерес к науке, инженерии и космонавтике
• Формировать ответственное отношение к получению знаний
• Воспитывать уважение к достижениям отечественной науки (Гагарин, Королёв)

Ход урока

1. Организационный момент (2 мин)

• Приветствие, проверка присутствующих
• Настрой на работу: «Сегодня мы узнаем, как работают ракеты, откуда берется невесомость и зачем тренировать космонавтов на перегрузки»

2. Актуализация знаний (5 мин)

Цель: выявить опорные знания

Фронтальный опрос:

• Что удерживает Луну на орбите?
• Какая сила действует между телами?
• Что такое ускорение свободного падения?

3. Постановка темы и целей урока (2 мин)

• Формулируем тему: «Первая космическая скорость. Невесомость и перегрузки»
• Учитель предлагает учащимся сформулировать:

«Какую скорость нужно развить, чтобы покинуть Землю?»
«Почему космонавты "плавают" в корабле?»
«Что такое перегрузка?»

4. Изучение нового материала (20 мин)

1.         За пределами земной атмосферы на тело действуют только силы тяготения со стороны Земли, Солнца и других небесных тел.

2.         В зависимости от начальной скорости тела, траектория его движения различна.

Чем больше начальная скорость, тем дальше пролетит тело.

При некоторой начальной скорости тело покинет пределы земной атмосферы и превратится в искусственный спутник Земли.

При дальнейшем увеличении начальной скорости тело может превратиться в искусственный спутник Солнца или покинуть Солнечную систему.

3.         Скорость, которую надо сообщить телу, поднятому на высоту h над Землёй, чтобы оно стало искусственным спутником Земли:

4.         Минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно стало искусственным спутником, называется первой космической скоростью: υ = 7,9 км/с.

5.         Тело — искусственный спутник Земли при 7,9 км/с < V < 11,2 км/с.

Тело преодолеет притяжение Земли и окажется в космическом пространстве при V > 11,2 км/с (вторая космическая скорость).

Тело преодолеет притяжение Солнца и покинет Солнечную систему при V > 16,7 км/с (третья космическая скорость).

Тело преодолеет притяжение нашей Галактики Млечный Путь и покинет её. При V > 550 км/с (четвёртая космическая скорость).

 Применение: орбитальный спутник, запуск аппаратов

4.2 Невесомость

силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или подвес, называют весом тела.

Если тело, подвешенное на нити или помещённое на опору, покоится или движется равномерно и прямолинейно, то его вес по модулю равен силе тяжести:

Р = mg.

Вес тела приложен к опоре или подвесу, в отличие от силы тяжести, приложенной к телу. Вес и сила тяжести имеют не только разные точки приложения, но и разную природу: сила тяжести — гравитационная сила, а вес — сила упругости.

2. Предположим теперь, что тело вместе с опорой или подвесом движется относительно Земли с ускорением. Будут ли в этом случае равны вес тела и сила тяжести?

Рассмотрим движение человека в лифте. Пусть лифт имеет ускорение , направленное вниз (рис. 52). В инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, на человека действуют сила тяжести, направленная вниз, и сила упругости со стороны пола лифта, направленная вверх. Силу упругости в этом случае называют силой реакции опоры и обозначают буквой . Равнодействующая этих сил сообщает человеку ускорение.

Пользуясь вторым законом Ньютона, можно записать в векторной форме:

Направим ось У вертикально вниз и запишем это уравнение в проекциях на ось, учитывая, что F_тяж = mg, проекции ускорения и силы тяжести на ось У положительны, а проекция силы реакции опоры отрицательна. Получим:

mg - N = mа.

Отсюда:

N = mg - mа = m(g - а).

По третьему закону Ньютона вес тела по модулю равен силе реакции опоры:

Р = N.

Тогда

Р = m(g - а).

Таким образом, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным так же, как и ускорение свободного падения, то его вес меньше силы тяжести, т. е. меньше веса покоящегося тела.

Уменьшение веса вы испытываете, находясь в лифте, в момент начала его движения вниз.

Если ускорение тела равно ускорению свободного падения а = g, то вес тела Р = 0. Такое состояние называют состоянием невесомости. В состоянии невесомости пребывают космонавты в космическом корабле во время полёта, поскольку они движутся вокруг Земли с центростремительным ускорением, равным ускорению свободного падения.

Но не только космонавты испытывают состояние невесомости. В таком состоянии может находиться бегун в короткие промежутки времени, когда обе ноги оторваны от земли; прыгун с трамплина во время полёта.

3. Рассмотрим ещё раз движение лифта и стоящего в нём человека. Но только теперь лифт имеет ускорение , направленное вверх (рис. 53).

Пользуясь вторым законом Ньютона, можно записать:

Направив ось У вертикально вниз, запишем это уравнение в проекциях на ось:

mg - N = -mа;

N = mg + mа = m(g + а).

Поскольку Р = N, то

Р = m(g + а).

Таким образом, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше силы тяжести, т. е. больше веса покоящегося тела.

• Определение: состояние, при котором на тело не действует сила опоры или подвеса (всё свободно падает с ускорением ( g ))
• Где возникает: орбита, свободное падение, космический полёт

Демонстрация: видео из МКС (например, «капля воды», «плавающие предметы»)

4.3 Перегрузка

·  Увеличение веса тела, вызванное движением с ускорением, называют перегрузкой.

·  Перегрузку вы испытываете в лифте, в момент начала его движения вверх. Огромные перегрузки испытывают космонавты и пилоты реактивных самолётов при взлёте и посадке; лётчики, выполняющие на самолёте фигуру высшего пилотажа «мёртвая петля» в нижней и верхней её точках. Для того чтобы уменьшить давление на скелет космонавтов при взлёте, сделаны специальные кресла, в которых космонавты находятся в полулежачем положении. При этом сила давления, которая действует на космонавта, распределяется на бо́льшую площадь, и давление на скелет становится меньше, чем в том случае, когда космонавт находится в сидячем положении.

·  примеры

o          старт ракеты → перегрузка 3–4 g

o          тренировки в центрифуге

o          вход в атмосферу

5. Закрепление материала (10 мин)

• Определите первую космическую скорость на высоте 500 км
• рассчитать первую космическую скорость

6. Рефлексия. Подведение итогов (3 мин)

Вопросы:

• Что было самым интересным?
• Смогли ли мы ответить на вопрос «Почему спутник не падает?»
• Где можно применить знания?

7. Домашнее задание (на выбор): подготовить доклад по темам:

движение планет вокруг Солнца • гравитационный центр и орбиты • положение Солнечной системы в галактике • типы галактик и движение звёзд внутри них • сравнительное движение разных небесных тел