Методическая разработка внеурочного занятия по теме "Почему самолеты летают, а крыльями не машут?"
методическая разработка по физике (9 класс)

Методическая разработка

внеурочного занятия по теме:

 «Почему самолеты летают, а крыльями не машут?»

Учебные предметы:

1) физика (задачи);

2) история (персоналии);

3) алгебра (расчеты).

Состав группы:  ответственный за музыкальное оформление, ответственный за мультимедиа, 9 инженеров, директор бюро, миссис Хадсон, Холмс, Ватсон, посыльный.

Предварительная подготовка: В данной лекции  принимают участие обучающиеся 9-11 классов. Работают в группах (6), поэтому столы в зале расставлены соответствующим образом. На столах предварительно разложены все необходимые для работы материалы и правила работы в группах. Задания выдаются в процессе лекции.

Оборудование: проектор, компьютер, экран, презентация, доска, раздаточный материал, калькуляторы, черновики, ручки, карандаши, ластики, раздаточный материал; на сцене стол и три стула, письмо в конверте, газеты.

Сценарий

Слайд1.  Пояснения: Шерлок Холмс и Ватсон сидят в креслах у камина и читают прессу.

Холмс: Ватсон, вы больше не курите?

Слайд2.  Ватсон: Представляете, Холмс, бросил. Последние медицинские исследования показали, что  в мире в среднем каждые шесть секунд умирает один человек от заболеваний, связанных с курением табака. Курение табака вызывает заболевания, поражающие сердце и легкие, приводит к сердечным приступам, инфарктам, к раку легких, гортани, полости рта и поджелудочной железы.

Слайд3.  Пассивное курение тоже опасно для здоровья. В табаке и табачном дыме содержится радиоактивный элемент полоний-210, об этом предпочитают умалчивать производители табака. Помимо этого в табачном  дыме содержится бензпирен, нитрозамины, угарный газ, частицы сажи.

Холмс: Какой ужас!

Ватсон: Трубку курить тоже очень вредно.

Холмс: Вы меня так напугали, что я больше курить не смогу. Да здравствует здоровый образ жизни!

Слайд4.  Какая занимательная статья, послушайте, Ватсон: «Первым самолётом, который смог самостоятельно совершить устойчивый управляемый горизонтальный полёт, стал «Флайер-1», построенный братьями Орвилом и Уилбуром Райт в США. Первый полёт самолёта в истории был осуществлён 17 декабря 1903 года. «Флайер» продержался в воздухе 59 секунд и пролетел 260 метров».

Слайд5.  Ватсон: Дирижабль,  аэроплан - система управления мне понятна. Самолеты... (задумчиво)  Холмс, как они летают?

Пояснение: Входит миссис Хадсон.

Миссис Хадсон: Мистер Холмс, доктор Ватсон, к вам посетитель.

Директор бюро: Мистер Холмс... доктор...  (приветствует).  Меня привела к Вам проблема, которую необходимо срочно решить.

Холмс: Здравствуйте, присаживайтесь. Слушаем вас.

Директор бюро: Разрешите представиться, я директор конструкторского бюро. Мы конструируем самолеты. У нас беда - пропала формула, без которой невозможно увеличить длительность полета, и чертежи по аэродинамике. Но самое главное - это секретная государственная информация.

Холмс: Мы поможем решить Вашу проблему.

Ватсон: Заодно выясним, как самолеты летают, а крыльями не машут? Мне всегда  было интересно это узнать.

Холмс: Едем на место преступления.

Ватсон: В США?

Директор бюро: Нет, документы пропали в конструкторском бюро лондонского филиала.

Пояснения: Уходят со сцены. На экране конструкторское бюро; над чертежами трудятся инженеры и ученые. Входят директор бюро, Холмс и Ватсон.

Слайд 6. Ватсон: (обращаясь к директору бюро) А о каком конкретно самолете идет речь?

Директор бюро: «Флайер-1»

Холмс: Мы сегодня читали о первом полете «Флайера-1»

Ватсон: Да, короток был тот полет.

Директор бюро: Мы работали именно над этой проблемой. Но формула и чертежи пропали.

Холмс: О какой формуле идет речь?

Директор бюро: Формула способствовала доработке двигателя и  увеличению продолжительности полета, а в чертежах отражалось улучшение аэродинамических свойств.

Ватсон: (обращаясь к работникам бюро) Кто является изготовителем двигателя?

Слайд7.  Инженер 1: Братьям Райт. Они обращались к нескольким изготовителям, но ни один из них не смог удовлетворить их требования к весу авиационного двигателя. Тогда они обратились к механику Чарли Тэйлору, который построил двигатель через шесть недель. Чтобы вес двигателя был достаточно низким, его основные части были сделаны из алюминия, что является редкостью.

Инженер 2. : Двигатель Райт-Тэйлора  - двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. Как любая другая тепловая машина, ДВС преобразует теплоту сгорания топлива в механическую работу. Он легкий, экономичный, потребляет газообразное или жидкое топливо.

Слайд8.  Инженер 3: Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822—1900) в 1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Использовался как лодочный двигатель.

Познакомившись с двигателем Ленуара, выдающийся немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто (1832—1891) создал в 1863 двухтактный, а в 1876 четырехтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания, который вытеснил двигатель Ленуара.

Слайд9.  Инженер 4: В 1880-х годах Огнеслав Степанович Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.

Слайд10.  В 1885 году немецкие инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах разработали легкий бензиновый карбюраторный двигатель. Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла в 1885, а в 1886 году — на первом автомобиле.

Слайд11.  Инженер 5: Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил двигатель с воспламенением от сжатия.

Слайд12.  На заводе «Людвиг Нобель» Эммануила Людвиговича Нобеля в Петербурге в 1898—1899 Густав Васильевич Тринклер усовершенствовал этот двигатель. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель» построили первый дизель в России и развернули массовое производство дизелей. Этот первый дизель имел

мощность 20 л. с.

Холмс: С двигателем все ясно.

Ватсон: А как устроен «Флайер-1»?

Слайд13.  Инженер 6: Аппарат представляет собой биплан типа «утка» — пилот размещается на нижнем крыле, руль направления сзади, руль высоты спереди. Аппарат имеет два деревянных винта. Двухлонжеронные крылья  обшиты тонким небелёным муслином. Слайд14.  Двигатель «Флайера» четырёхтактный, со стартовой мощностью 16 лошадиных сил и весом 80 кг. Размах крыла:12 м.; длина: 6,43 м.; масса: 274 кг.

Ватсон: Вы говорили о проблемах с аэродинамикой.

Слайд15.  Инженер 7: Братья Райт хотели уменьшить аэродинамическое сопротивление, поэтому пилот должен лежать на нижнем крыле. Для  расчета  подъёмной силы для крыльев разной формы братья использовали «коэффициент Смитона».

Слайд16.  В процессе испытаний определили, что число Смитона составляет около 0.0033, а не 0.0054, как было общепринято и что приводило к ошибке в расчётах. Затем братья создали аэродинамическую трубу и стали проводить систематические испытания на миниатюрных крыльях.  

Слайд17.  Ватсон: Пилот лежит на крыле. Страшно!

Директор бюро: Пилоты проходили специальную подготовку. Могу рассказать и показать вам некоторые упражнения для пилотов.

Ватсон: С удовольствием! (обращаясь к зрителям) Нам всем не мешало бы сделать разминку. Присоединяйтесь, господа.

Директор бюро: Не вставайте с мест, попробуйте выполнить упражнение сидя, чтобы не потерять равновесие и не упасть. Для тренировки вестибулярного аппарата, от состояния которого зависит устойчивость организма к укачиванию, применяются упражнения с быстрыми и многократными (по 15— 20 раз) наклонами головы вперед и назад, вправо и влево, а также упражнения по вращению головой по часовой стрелке и против нее.

Ватсон: Давайте вместе выполним эти упражнения (обращаясь к зрителям). На счет раз - наклоняем голову вправо, на счет два-влево,  три-вниз, четыре-вверх. А теперь круговые движения вправо, затем влево. Молодцы!

Пояснения: Упражнение выполняется несколько раз.

Слайд18.  Ватсон: Простите, перебил Вас. Так что там с аэродинамической трубой?

Инженер 8: Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов (или других устройств нагнетания воздуха), которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью.

Слайд19.  Это техническое устройство предназначено для моделирования воздействия среды на движущиеся в ней тела. Объектами испытаний в аэродинамических трубах являются модели натурных летательных аппаратов или их элементов. Испытания в такой трубе позволяют улучшить аэродинамические показатели летательных аппаратов. Мы провели ряд испытаний, получили прекрасный результат, но чертежи и расчеты похитили.

Ватсон: Господа! (обращаясь к инженерам) Как самолеты летают, а крыльями не машут?

Слайд20.  Инженер 9: Есть такое понятие - аэродинамическая подъёмная сила, которая возникает при движении любого объекта в воздухе, если этот объект имеет форму, способствующую этому (крыло, фюзеляж... ) - это "подсмотрено" человеком у природы по полёту птиц. Соответственно, чем больше скорость движения объекта (в данном случае самолёта), тем подъёмная сила становится больше, и когда при достаточной скорости движения в воздухе подъёмная сила становится больше веса, то самолёт идёт вверх, т. е. "взлетает", а если меньше, то самолёт "снижается", при равновесии - полёт идёт по горизонтали. Таким образом, полёт самолёта, его движение происходит за счёт силы двигателя, который и толкает самолёт вперёд, что и создаёт воздушную скорость самолёта.  При достижении самолетом воздушной скорости, при которой аэродинамическая подъёмная сила начинает превышать собственный вес самолёта, происходит отрыв самолёта от  земли, и он уже "летит", начиная набирать высоту, и для этого совсем не требуется, чтобы самолёт "махал крыльями".

Слайд21.  Ватсон: Так все дело в двигателе? Вот бы увидеть, как двигатель работает.

Пояснения: папка «Видео».

Холмс: Вы замечтались Ватсон, а нам работать надо.

Пояснения: Инженеры покидают кабинет. На сцене Холмс, Ватсон и директор бюро.

Слайд22.  Холмс: Кто бы мог так ловко проникнуть в бюро и украсть документы и чертежи? Полагаю, что материалы пропали не без вмешательства гения преступного мира.

Ватсон: Точно, это работа Мориарти.

Холмс: Тогда он обязательно даст о себе знать. У нас старые счеты, ему всегда хотелось доказать, что он умнее меня.

Примечание: Входит посыльный, отдает письмо директору бюро.

Директор бюро: (прочитав имя получателя) Это письмо Шерлоку Холмсу (отдает письмо Холмсу).

Холмс: А вот и весточка от Мориарти. Он пишет, что мы получим похищенные документы, если разгадаем шифр сейфа, в котором они хранятся, причем этот сейф здесь в бюро. Мориарти дает слово, что государственная тайна не раскрыта, документы он не читал.

Ватсон: Не надоело ему с Вами, Холмс, интеллектом меряться?

Холмс: Как видите-нет! Мы примем правила игры и откроем сейф. Директор, Ваша задача -  разработать новую систему охраны бюро.

Ватсон: Да, и пригласите всех работников бюро.

Директор бюро: Через минуту все будут в этом кабинете.

Пояснения: Директор уходит со сцены и возвращается с командой инженеров.

Пояснения: На сцене появляются инженеры - работники бюро.

Холмс: Господа, нам брошен вызов гением шпионажа -профессором Джеймсом Мориарти. Необходимо, чтобы Вы решили задачи, которые он прислал письмом. В них закодирован шифр замка сейфа. Перед вами стоит очень важная и сложная задача. Сложив вместе цифры ответов, мы получим код замка сейфа и найдем пропавшие документы.

Ватсон: Предлагаю подключить группу молодых ученых, чтобы работа шла быстрее.

Директор бюро: Согласен. Господа, мы можем рассчитывать на вашу помощь? (обращается к зрителям в зале)

Предполагаемый ответ зрителей: Вы можете на нас рассчитывать.

Слайд23.  Ватсон: Тогда приступайте к решению задач. Мориарти постарался и подобрал сложные задания, надеюсь, все вместе мы справимся. Обращаю ваше внимание на правила работы в группах, господа (проговаривает правила).

Пояснения: решение задач происходит одновременно на сцене участниками лекции и в зале зрителями. В зале необходимо поставить доску для работы, на столах разложить задания, ручки и листы А-4 для решения задач, раздаточный материал (формулы и т.д.), калькуляторы. На выполнение задания дается 10 минут. Задания выполняются группами (6 групп) одновременно, по одному заданию на группу. Затем представитель от группы озвучивает ответы, а участники лекций демонстрируют ход решения на экране.

Задания: вариант № 1 для 10-11 классов

1. Самолёт стоит на взлетной полосе. Какие силы действуют на воздушный лайнер? Какова их равнодействующая? Почему?

2. Длина разбега при взлёте самолёта  равна 1215 м, а скорость отрыва от  земли 270 км/ч. Длина пробега при посадке этого самолёта 710 м, а посадочная скорость 230 км/ч. Сравнить ускорения (по модулю) и время разбега и посадки.

3.С каким ускорением двигался при разбеге реактивный самолёт массой 60 т, если сила тяги двигателей 90 кН?

4.Сила тяги сверхзвукового самолёта при скорости полёта 2340 км/ч равна 220 кН. Найти мощность самолёта в этом режиме полёта.

5. При скорости полёта 900 км/ч все четыре двигателя самолёта Ил-62 развивают мощность 30 МВт. Найти силу тяги одного двигателя в этом режиме работы.

6. Найти среднюю полезную мощность при разбеге самолёта, предназначенного для работ в сельском и лесном хозяйстве. Масса самолёта 1 т, длина разбега 300 м, взлётная скорость 30 м/с, коэффициент сопротивления 0,03.

Задания: вариант № 2 для 9-х классов

Задачи на разгон самолёта:

1. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,625 м/с2 и время разгона 80 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 180 км/ч, 2000 м)

2. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,75 м/с2 и время разгона  80 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 216 км/ч, 2400 м)

3. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,75 м/с2 и время разгона  90 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 243 км/ч, 3037,5 м)

4. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,64 м/с2 и время разгона  75 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 172,8 км/ч, 1800 м)

5. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,85 м/с2 и время разгона  100 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 306 км/ч, 4250 м)

6. Рассчитайте скорость самолёта в момент отрыва от земли, если ускорение при разгоне 0,75 м/с2 и время разгона 100 с. Скорость переведите в км/ч. Какова длина пробега при взлёте?

(ответ: 270 км/ч, 3750 м)

Слайд24-26.  Инженер5: Давайте проверим правильность решения задач и сверим ответы.

Пояснения: Инженер 5 объясняет решение задач.

Слайд27.  Холмс: Теперь можно составить код. Соедините все числа, полученные при вычислении скорости самолета. Директор, наберите этот код.

Слайд28.  Пояснения: директор склоняется над сейфом, набирает код. Папка «Звуки».

Директор бюро: Открылся. У нас получилось.

Пояснения: все присутствующие ученые, инженеры аплодируют.

Слайд29.  Директор бюро: Вот они (показывает всем документы).  Все документы и чертежи на месте. Спасибо, Холмс! Доктор Ватсон, благодарю Вас!

Холмс: Благодарите команду конструкторского бюро, которая не подвела.

Ватсон: Никогда не устану повторять, что знания-это сила!

Интересно, а какими будут самолеты в будущем? (задумчиво).

Холмс: Вы снова замечтались, Ватсон, а нас уже ждет новое расследование.

Слайд30.  Пояснения: На экране квартира Холмса.   Сидя в креслах возле камина,  Холмс и Ватсон изучают прессу.

Ватсон: Холмс, у них получилось!

Холмс: Что и у кого? (не отрываясь от газеты).

Ватсон: У инженеров и ученых конструкторского бюро. Они почти год потратили на работу, и вот награда.

Слайд31.  Слушайте: «Вчера— «Флайер-1» совершил полёт по замкнутому маршруту длиной в 39км».

Холмс: Замечательно, Ватсон! Мы все тогда потрудились на славу.

Ватсон: Я за время расследования узнал много нового. Главное:  узнал, что самолетам не надо махать крыльями, чтобы летать. Ребята, а вы сегодня много нового узнали?

Предполагаемый ответ зрителей: Конечно, мы узнали много нового.

Пояснения: папка «Звук».

Слайд32.  Директор бюро: Мы благодарим зрителей и всех участников школьного исследовательского клуба, которые подготовили материалы для этой лекции-лаборатории.

Холмс: Давайте поаплодируем  участникам ШИК.

Слайд33.  Директор бюро: Благодарим Вас за внимание и ждем на следующей лекции.