урок по теме "Реактивное движение"
методическая разработка по физике (9 класс) по теме

К.Э. Циолковский.

“Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет все околоземное пространство”.

 Урок: "Реактивное движение".

Цели урока 

Познавательные: дать понятие реактивного движения; показать применение закона сохранения импульса для реактивного движения.

Воспитательные: показать огромный вклад русских ученых, инженеров, летчиков-испытателей в дело создания многоступенчатой ракеты для освоения космического пространства, воспитать чувство гордости за свою страну, за её победы в области авиации и космонавтики

Развивающие: способствовать развитию познавательной деятельности и расширению кругозора; дать представление о реактивном движении в природе и технике. развить интерес к физике, используя материалы, не содержащиеся в учебнике.

Задачи урока:

 Показать практическое применение закона сохранения импульса в реактивном движении.

 Показать практическое применение реактивного движения для объяснения явлений в природе и технике.

 Познакомиться с историей развития реактивного движения.

 Продолжать формировать у учащихся грамотную  речь, мышление (умения обобщать и систематизировать, строить аналогии).

 Развивать зрительную, слуховую и моторную память.

 Содействовать патриотическому, политехническому, экологическому воспитанию, воспитанию ответственности, высокой работоспособности.

Формировать навыки самоконтроля в режиме самостоятельной работы.

Тип урока: комбинированный урок с элементами исследовательской деятельности.

Оборудование 

 мультимедийный проектор.

Презентация «Реактивное движение».

Детский воздушные шарики (на каждой парте), сегнерово колесо.

Дополнительные материалы к уроку для подготовки докладов учащихся: видеофрагменты, презентации, текстовые документы. Папка «доклады».

Формы работы на уроке: фронтальная, индивидуальная, самостоятельная.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение. Тестовые задания с взаимопроверкой . Слайд №2.

.III. Демонстрация (создание проблемной ситуации)

Движение  шарика.

Перед учениками показывается опыт с надутым воздушным шариком, его развязывают и отпускают, при этом предлагается объяснить движение шарика, используя закон сохранения импульса.

        Почему шарик начал движение? Что вы можете сказать об импульсе оболочки шарика и импульсе газа выходящего из горлышка шарика?

Сегнерово колесо( демонстрирует учитель)

1750 - В.Я. Сегнер изобрёл колесо, которое вращалось за счёт вытекания с двух сторон струй воды.

Сегнер Янош Андрош (1704 - 1777). Венгерский математик и физик. Занимался конструированием и совершенствованием различных научных приборов. Разработал теорию капиллярности. Изобретенное им “сегнерово” колесо явилось прообразом первых реактивных гидравлических турбин.

IY. Решение задачи (Учитель вовлекает учащихся в решение задачи)

Задача: Определим скорость поднимающейся ракеты, применяя закон сохранения импульса

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости, поэтому для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е. ракеты.

Скорость ракеты. Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты. Предположим сначала, что весь газ, образующийся при сгорании топлива, выбрасывается из ракеты сразу, а не постепенно, как это происходит в действительности. Обозначим массу газа через mг, а скорость газа через vг. Массу и скорость оболочки обозначим соответственно mоб и vоб. Направим координатную ось вдоль направления движения оболочки, тогда проекции скоростей газа и оболочки по модулю будут равны модулям векторов, но знаки их противоположны.Так как сумма импульсов оболочки и газа должна быть равна нулю, то нулю должна быть равна и сумма их проекций: mгvг - mобvоб = 0, или mгvг = mобvоб.Отсюда находим скорость оболочки: vоб = mгvг /mобИз формулы видно, что скорость оболочки тем больше, чем больше скорость выбрасываемого газа и чем больше отношение массы газа к массе оболочки.

Мы считали, что весь газ выбрасывается из ракеты мгновенно. На самом деле он вытекает постепенно, хотя довольно быстро. Это значит, что после выброса какой-то части газа оболочке приходится “возить” с собой еще не вылетевшую часть топлива. Кроме того, мы не учли, что на ракету действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Все это приводит к тому, что отношение массы топлива к массе оболочки много больше, чем мы получили. Более точный расчет показывает, что при скорости газа 2000 м/с, для достижения скорости, равной первой космической, масса топлива должна быть в 55 раз больше массы оболочки. Для межпланетных полетов (с возвращением на Землю) масса топлива должна быть в тысячи раз больше массы оболочки.

Y. Работа с плакатами “реактивное движение” и "многоступенчатая ракета".Слайд № 3.

Учитель кратко рассказывает по плакатам.

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. На рисунке изображена ракета в разрезе. Мы видим, что оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.)Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Благодаря большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве, газы из камеры сгорания мощной струей устремляются наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи. Мы рассмотрели устройство и принцип действия одноступенчатой ракеты, где подступенью подразумевается та часть, которая содержит баки с горючим и окислителем и двигатель. В практике космических полетов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые .На рисунке показана схема трехступенчатой ракеты. После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени  .Уменьшение общей массы ракеты путем отбрасывания уже ненужной ступени позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты. Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень .Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180о, чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости ее движения, что приводит к уменьшению скорости и дает возможность осуществить посадку.

YI. История создания реактивной техники

Слова учителя

Яркую страницу в историю науки вписал участник русской революционной организации “Народная воля” Н.И. Кибальчич (1853-1881). За участие в покушение на царя он был приговорен к смертной казни. Во время короткого тюремного заключения Кибальчич подготовил рукопись “Проекта воздухоплавательного прибора”. Талантливый изобретатель описал “предварительную конструкцию ракетного самолета”. Его рукопись потонула в жандармском архиве.

Иной проект космического корабля с реактивным двигателем предложил в 1893 г. немецкий изобретатель Герман Гансвиндт (1856-1934). Его двигатель должен был работать отдельными взрывами динамитных патронов. С 1907 г. работал в области ракетостроения и межпланетных полетов американский инженер Роберт Годдард (1882-1945). С 1912 г. активно занимался проблемами космических полетов крупный французский ученый и авиаконструктор Робер Эно-Пельтри (1881-1957). Он ввел в употребление термин астронавтика.

Выдающееся место среди пионеров космонавтики принадлежит русскому ученому и философу К.Э. Циолковскому (1857-1935).

Скромный учитель из захолустного губернского города Калуги, страдавший глухотой и не находивший поддержки своим научным устремлениям, К.Э. Циолковский сумел преодолеть на жизненном пути все преграды. Величайшая заслуга Циолковского перед человечеством состоит в том, что он открыл людям глаза на реальные пути осуществления космических полетов.

Первый запуск ракеты с жидким топливом в 1926 г. произвел американец Р. Годдард. За 2,5 сек. полета ракета покрыла расстояние в 56 м, поднявшись на высоту 12,5 м.

В 1927 г. в Германии под влиянием Г. Оберта начинает работу Общество межпланетных сообщений. Он предложил проект “двойной ракеты”. Двигатели нижней части ракеты используют спирт, водород и кислород, двигатели верхней части - чистые водород и кислород. Управление осуществляется регулированием горения и “плавниками”.

В апреле-июне 1927 г. в Москве прошла Первая всемирная выставка проектов и моделей межпланетных аппаратов и механизмов.

В Ленинграде проблемами ракет занимался автор многих ракетных двигателей В.П. Глушко. В Москве разворачивалась деятельность Группы изучения реактивного движения (ГИРД) во главе с Ф. А. Цандером и С.П. Королевым. С конца 1933 г. в Москве начал работу Реактивный научно-исследовательский институт. В этом же году под Москвой были осуществлены первые запуски отечественных ракет ГИРД-09 и ГИРД-Х.

Толчком к дальнейшему развитию ракетостроения послужило военное применение ракет как грозного оружия второй мировой войны.

Военное и мирное использование ракетной техники шагало рука об руку. Арсенал боевых ракет второй мировой войны в послевоенное время видоизменялся и приспосабливался для запуска в верхние слои атмосферы Земли научных приборов. Если самолеты могли вести исследования лишь на высотах до 10 км, а потолок аэростатов и беспилотных шаров-зондов не превышал 30 км, то с помощью ракет зондирование атмосферы можно было осуществлять до высот в несколько сотен километров. Контейнеры с научным оборудованием на ракетах снабжались парашютами, которые обеспечивали их благополучное возвращение на Землю.

4 октября 1957 г. в 22 часа 28 минут московского времени с космодрома Байконур в СССР принял старт первый в мире искусственный спутник Земли (ИСЗ). При поперечнике в 580 мм масса первого спутника составляла 83,6 кг. Он просуществовал 92 суток.

Сообщения учащихся ( просмотр слайдов презентации)

К.Э.Циолковский ( №4, № 5)

С.П.Королев ( № 6)

Ю.А. Гагарин (№ 9)

Учитель подводит итог и обращает внимание учеников на подготовленные слайды (№8-23), которые отражают труд многих ученых, инженеров, летчиков, людей других специальностей, ставивших своей целью освоение космоса. В начале XX века люди мечтали о возможности космических полётов, теперь уже работают многоцелевые орбитальные станции. Недавно, а именно в 2001 году, с помощью телескопа, выведенного на космическую орбиту, определили 10 планету в солнечной системе. Невозможное сегодня станет возможным завтра. Циолковский мечтал о времени, когда люди запросто смогут “поехать” в гости на любую планету, смогут путешествовать во всей Вселенной. И вы, ребята, также можете внести свой вклад в интересное дело – в освоение космического пространства.

YII. Закрепление( слайд № 25)

YIII Домашние задание( слад № 26)

Вопросы.

1) Какие живые существа движутся по принципу реактивного движения?

2) Почему в космос не летают на вертолетах?

Приложение 2. Конспект темы.

 Приложение 3.

I. Автомобиль массой 1т движется со скоростью 20 м/с. Импульс автомобиля равен: 

1) 0,5•103 Нс 2) 2•104 Нс 3) 104 Нс 4) 2•105 Нс

II. Скорость движущейся материальной точки увеличивается за некоторое время в 4 раза, а ее импульс за это же время увеличивается в 

1) 2 раза 2) 4 раза 3) 8 раз 4) 16 раз

III. Первая формулировка закона сохранения импульса принадлежит

1) Галилею 2) Ньютону 3)Декарту 4) Гуку

IV. Какая из перечисленных ниже величин является векторной?

1) масса 2) путь 3) импульс 4) время

V)Какое из выражений соответствует закону сохранения импульса для упругого взаимодействия двух тел? 

                                         2)                  

3)