Цель: выяснить сущность реактивного движения, назначение, конструкция и принцип действия ракет, реактивное движение в технике и в природе.
ТСО и наглядность:
- ПО: ОС Windows, Microsoft Power Point, мультимедиа-проектор, CD-диск курса “Физика. Библиотека наглядных пособий”, 1С: школа,
- Презентация “Реактивное движение”, Приложение 1 ,
- Реактивное движение (таблица),
- модель ракеты.
Класс разбивается на группы по 2-4 человека, в зависимости от наполняемости класса. Работа группы оценивается баллами: один верный ответ- один балл. В конце урока баллы суммируются, группа вправе разделить полученные баллы в зависимости от вклада каждого учащегося в работу группы. Учащимся получившим недостаточное количество баллов учитель дает дополнительное задание.
I. Организация класса: объявление темы, цели урока, озвучивание контрольных вопросов (т.е. вопросов ответы на которые должны быть получены в течении урока).
Контрольные вопросы:
1. Какое движение называется реактивным?
2. На каком законе основано реактивное движение?
3. От чего зависит скорость ракеты?
II. Повторение.
Работа в группах по вопросам:
- Всегда ли удобно пользоваться законами Ньютона для описания взаимодействия тел?
- Что такое импульс?
- Куда направлен вектор импульса?
- Сформулируйте закон сохранения импульса.
- Кто открыл закон сохранения импульса?
- Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел?
После обсуждения отвечает один учащийся от группы.
III. Вступительное слово учителя.
В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны.
А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.
Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.
Слайд 6
Демонстрация опытов.
Задание группам:
Опыт 1.Надуть резиновый шарик и отпустить его.
Вопрос: За счёт чего шарик приходит в движение? Обсуждение в группе
Вывод: Шарик приходит в движение за счёт того, что из него выходит воздух.
Учитель: Движение шарика является примером реактивного движения, и вы правильно указали причину движения шарика.
Опыт 2. Ученик встаёт на легкоподвижную тележку, спрыгивает с неё. Тележка движется в противоположную сторону.
Вопрос: Что общего в первом и во втором опытах? Обсуждение в группе
Вывод: Тележка и шарик пришли в движение, потому что от них что-то отделилось (ученик, воздух).
После этого учащиеся формулируют определение реактивного движения:
Под реактивным понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела.
При этом возникает т.н. реактивная сила, сообщающая телу ускорение.
Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?
Демонстрации:
1. Сегнеровое колесо.
2. Видеофрагмент “Реактивное движение”, Физика. Библиотека наглядных пособий.
После демонстрации опытов учитель задает вопросы:
За счет чего возникает такое движение?
Почему отклоняется трубка? Почему взлетает воздушный шарик?
Обсуждение вопросов в группе. Отвечает один учащийся от группы.
Учитель: К.Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Попробуем и мы вывести формулу для расчета максимальной скорости движения.
Задание: используя закон сохранения импульса рассчитать максимальную скорость движения ракеты.
Учащиеся делают в тетради следующую запись:
Согласно третьему закону Ньютона:
где F l - сила, с которой ракета действует на раскаленные газы, a F 2 - сила, с которой газы отталкивают от себя ракету.
Модули этих сил равны: F l =F 2 .
Именно сила F 2 и является реактивной силой. Рассчитаем скорость, которую может приобрести ракета.
Если импульс выброшенных газов равен m г v г, а импульс ракеты m p v p , то из закона сохранения импульса получаем: m г v г = m p v p
Откуда скорость ракеты: v p = m г v г /m p
Таким образом, скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истекания газов, и чем больше отношение - m г / m p
Слайд 8
Вопрос: В каких случаях справедлива эта формула?
Ответ: выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Такого быть не может, так как мгновенное сгорание - взрыв. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы.
Вопрос: От чего зависит скорость движения?
Ответ: Максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя (т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского. Основной вывод состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.
Включение следует сказать, что современные технологии производства ракетоносителей не могут позволить превысить скорости в 8-12 км/с. Для третьей космической скорости (16,4 км/с) необходимо, чтобы масса топлива превосходила массу оболочки носителя почти в 55 раз, что на практике реализовать невозможно. Следовательно, нужно искать другие способы построения ракетоносителей.
Слайд 10
IV. Решение задач.
Задача 1.
Какую скорость Vp приобретает ракета, если масса m г мгновенно выброшенных газов составляет 0,3 m ракеты, а их скорость V=2км/с.
Задача 2.
Какую скорость приобретает ракета, если масса m г мгновенно выброшенных газов составляет 0,5 m ракеты, а их скорость V=2км/с.
Задача 3.
Определить скорость Vp ракеты, если выход газов происходит со V г =300 м/c. До взлета m p с горючим равна 600 г, а горючего - 300 г.
Проверка решения задач. Выставление баллов.
V. Реактивное движение в природе.
(Сообщения учащихся)
Каракатицы, осьминоги при движении в воде также используют реактивный принцип перемещения. Набирая в себя воду, они, выталкивая ее, приобретают скорость, направленную в сторону, противоположную направление выброса воды.
Слайды 11, 12
VI. Проверка усвоения темы.
Тестирование:
1. Чему равно произведение массы ракеты m на ускорение её движения a по определению?
А. Импульсу. Б. Силе. С. Энергии. Д. Скорости.
2. Чему равен импульс ракеты и горючего до начала работы двигателей?
А. 2mv. Б. -2mv. В. Mv. Д. 0
3. Какой великий русский учёный смог доказать, что только ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате, может преодолеть силу тяжести?
А. Королев. Б. Циалковский. В. Кибальчич. Д. Гагарин.
4. Как называется двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении?
А. Тепловой. Б. Реактивный. В. Электрический. Д. Газовый.
От чего зависит скорость ракеты?
А. Массы ракеты. Б. Массы газов. В. От силы притяжения к Земле. Д. Массы ракеты и массы газов.
VII. Сообщения учащихся о жизни и научной деятельности С.П. Королева, К.Э. Циолковского, о Ю.А. Гагарине и В.А. Терешковой.
VIII. Подведение итогов. Выставление оценок.
§ 1 Реактивное движение
Реактивное движение - это движение тела, возникающее при отделении от него некоторой части массы с определенной скоростью. Принцип реактивного движения основан на законе сохранения импульса изолированной механической системы:
полный импульс замкнутой системы должен оставаться постоянным.
Рассмотрим явление реактивного движения на примере ракеты.
В начальный момент времени ракета покоится, то есть ее полный импульс равен нулю. Когда из ракеты начнет выбрасываться с некоторой скоростью часть ее массы (газ)
появляется так называемая реактивная сила
Изменение импульса газа создает реактивную силу.
Ракета получает скорость, направленную в противоположную сторону.
Главная особенность реактивного движения в том, что для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой.
Реактивное движение можно наблюдать, если надуть резиновый шарик и отпустить его.
Шарик стремительно полетит. Реактивная сила будет действовать, пока продолжается истечение воздуха.
Шарик летит за счет взаимодействия с вытекающей из него струей воздуха. Объяснить это явление можно, применяя закон сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри воздухом покоится, импульс такой системы равен нулю. Если открыть отверстие, из шарика с довольно большой скоростью вырвется струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом. Шарик полетит в противоположную сторону с такой скоростью, что его импульс будет равен импульсу воздушной струи. Векторы импульса шарика и воздушной струи направлены в противоположные стороны. Сумма импульсов остается постоянной величиной.
Реактивное движение применяли в глубокой древности. В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае реактивное движение приводило в действие
ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом. Один из первых проектов автомобилей был с реактивным двигателем, и принадлежал этот проект Ньютону. Это произошло в 1680 году.
Реактивное движение можно обнаружить в мире растений. В южных странах да и у нас на садовых участках можно увидеть растение под названием «бешеный огурец».
Плоды бешеного огурца продолговатой формы, длиной 4 - 6 см, шириной 1 - 2 см. Семена удлиненные, мелкие, гладкие, длиной 4 мм. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отрывается от плодоножки, а семена с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении на расстояние до 12 м.
Многие морские животные «пользуются» для передвижения реактивным движением.
Это кальмары, каракатицы, медузы, осьминоги, морские гребешки. Они используют реакцию выбрасываемой струи воды, отличие состоит лишь в строении тела, то есть в методе забора и выброса воды. Реактивное движение кальмара напоминает движение ракеты. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. Мышечная ткань - мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. При этом все десять щупалец кальмара собираются над головой в узел, и он приобретает обтекаемую форму, точно как ракета. Сопло снабжено клапаном, мышцы, поворачивая его, изменяют направление движения кальмара. Кальмара называют «живой торпедой», так как он может развивать скорость до 60 - 70 км/час. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или иную сторону, это позволяет ему увернуться от столкновения с любым препятствием.
После появления в 1881 году проекта народовольца Н.И. Кибальчича эта идея получила дальнейшее развитие в трудах преподавателя калужской гимназии Константина Эдуардовича Циолковского. В 1903 году появилась в печати статья К.Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В статье было изложено важнейшее для космонавтики математическое уравнение, известное в наше время как «формула Циолковского», которое описывает движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты. Циолковский показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, то есть аппарат с реактивным двигателем, используемый горючее и окислитель, находящиеся в самом аппарате.
Нашей стране принадлежит великая честь запуска 4 октября 1957 года первого искусственного спутника Земли. Первым человеком, который совершил полет в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 года он облетел земной шар на корабле- спутнике «Восток» за 1 час и 48 минут. Эти и другие полеты были совершены на ракетах, сконструированных советскими учеными и инженерами под руководством Сергея Павловича Королева. Под его руководством созданы многие баллистические и геофизические ракеты-носители, пилотируемые космические корабли «Восток» и «Восход», на которых впервые в истории совершены космический полет человека и выход человека в космическое пространство.
Советские ракеты первыми достигли Луну и сфотографировали невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на ее поверхность научные приборы. С выходом человека в космос открылась возможность исследования природных явлений,ресурсов Земли и других планет. В настоящее время в связи с освоением космоса получили широкое распространение реактивные двигатели. Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в противоположнм направлении. Все современные скоростные самолеты оснащены реактивными двигателями, а в космосе использовать какие-либо другие двигатели, кроме реактивных, невозможно, так как там нет опоры, от которой, отталкиваясь, корабль получил бы ускорение.
В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда есть оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы сопло и так далее). 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, сгорая, мощной струей устремляются наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи газа.
Перед стартом ракеты ее импульс равен нулю. Ракета представляет собой замкнутую систему, ее общий импульс до и после запуска равен нулю. На основании закона сохранения импульса оболочка ракеты со всем, что в ней находится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению. Речь шла об одноступенчатой ракете. Чтобы вывести спутник на околоземную орбиту, необходима многоступенчатая ракета.
Наиболее массивную часть ракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют первой ступенью. Когда первая массивная ступень многоступенчатой ракеты исчерпает все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая, менее массивная ступень, она увеличивает ранее достигнутую при помощи первой ступени скорость, а затем отделяется. Третья ступень продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляет полезный груз на орбиту.
Для чего надо осваивать космос? Космические исследования проводятся с целью зондирования Земли, создания телекоммуникационных систем, предупреждения экологических катастроф, разработки новых материалов и устройств, применяемых в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине.
§ 2 Краткий итог урока
Реактивное движение- это движение, возникающее при отделении от тела с определенной скоростью некоторой его части.
Объяснить реактивное движение можно, используя закон сохранения импульса. Особенность реактивного движения в том, что для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой.
Ракета представляет собой замкнутую систему, импульс системы до и после запуска равен нулю. Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года с космодрома Байконур в СССР. Первым человеком, который совершил полет в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 года он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток» за 1 час и 48 минут. Эти и другие полеты были совершены на ракетах, сконструированных советскими учеными и инженерами под руководством Сергея Павловича Королева.
Список использованной литературы:
- Касьянов В.А. Физика. 10 кл. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учрежден. – 3-е изд. перераб. / Касьянов В.А. – М.: Дрофа, 2012. – 271 с.: илл.
- Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл. учеб. для общеобразоват. учрежден. Базовый и профильный уровень: – 3-е изд. перераб. / Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.; под. ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. – 19-е изд. М.: Просвещение, 2010. – 366 с.: илл.
- Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл. учеб. для общеобразоват. учрежден. Базовый и профильный уровень: – 3-е изд. перераб./ Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.; под. ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. – 19-е изд. М.: Просвещение, 2010. – 366 с.: илл.
- Касаткина И.Л. Репетитор по физике: механика, молекулярная физика, термодинамика / Касаткина И.Л. Изд-е 14-е / Под. ред. Т.В. Шкиль. – Ростов н/Дону: Феникс, 2013. – 852с.: илл.
- Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Орлов В.А. Контрольные и проверочные работы по физике. - М.: Дрофа, 2000 190 с.
- Методическое письмо «О преподавании учебного предмета «Физика» в условиях введения федерального компонента государственного стандарта общего образования».
- http://festival.1september.ru/articles/413630/
Использованные изображения:
Задача любой науки, и физики в том числе, не только описать явление, но и найти ему практическое применение. Сегодня мы будем рассматривать реактивное движение, одно из проявлений закона сохранения импульса. Мы с вами совершим мысленное и рассмотрим реактивное движение в разных средах.
Скачать:
Предварительный просмотр:
План-конспект урока в 9 классе по теме:
« Реактивное движение»
Цели урока: Образовательная : познакомить учащихся с понятием реактивного движения на основе закона сохранения энергии, рассмотреть реактивное движение в природе и технике.
Развивающая : подчеркнуть взаимосвязь физики с другими предметами: историей, биологией и др.; вырабатывать у учащихся умение получать знания обрабатывая научные факты.
Воспитательная : способствовать развитию чувства патриотизма.
План урока:
- Организационный момент – 1 мин
- Постановка цели и задач урока – 3 мин
- Проверка домашнего задания – 10 мин
- Изучение нового материала – 20 мин
- Обобщение знаний – 7 мин
- Обсуждение, подведение итогов урока – 3 мин
- Задание на дом – 1 мин
Ход урока:
I. Организационный момент (организация внимание, приветствие класса)
II. Постановка цели и задачи урока (объявление темы урока, формулировка задачи)
III. Проверка домашнего задания (§ 21,22 фронтальный опрос; работа по карточкам)
Вопросы к фронтальному опросу
- Какие физические величины имеют свойство сохраняться?
- Что такое импульс, как его обозначают, в каких единицах измеряют?
- Что такое импульс силы, как его обозначают, в каких единицах измеряют?
- Как связаны между собой импульс тела и импульс силы?
- Как вы понимаете свойство сохранения?
- В какой системе тел выполняется свойство сохранения?
- Какая система тел называется замкнутой?
- Приведите примеры замкнутой системы тел.
- Как формулируется закон сохранения импульса?
- Как математически выражается закон сохранения импульса?
- Сохраняется ли импульс в незамкнутой системе тел?
- Чему равно изменение импульса в этом случае?
IV. Изучение нового материала (работа над материалом презентации)
Счастлив в наш век, кому победа далась
Далась не кровью, а умом.
Счастлив, кто точку Архимеда
Сумел сыскать в себе самом.
Учитель : Задача любой науки, и физики в том числе, не только описать явление, но и найти ему практическое применение. Сегодня мы будем рассматривать реактивное движение, одно из проявлений закона сохранения импульса. Мы с вами совершим мысленное и рассмотрим реактивное движение в разных средах. В этом нам поможет гид и научный консультант (один из учеников). Вначале выясним, что же такое реактивное движение.
Научный консультант : Реактивное движение – такой вид движения, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то часть этого тела. При этом само тело движется в противоположную сторону со скоростью, которая зависит от соотношения масс тела и его части. Реактивное движение встречается в природе и используется в технике. Самым простым видом реактивного движения является полёт развязанного воздушного шарика. (Запуск шарика)
Учитель : Реактивное движение в нашем мире не редкость, его можно встретить в воде и воздухе, в космическом пространстве и на поверхности Земли. Начиная своё знакомство с примерами реактивного движения, мы должны будем вначале «окунуться в воду».
Научный консультант : Природа самый лучший инженер. Она первая додумалась использовать реактивный принцип движения в воде. И заскользили в толще воды изящные медузы и быстроходные кальмары, неуклюжие осьминоги и каракатицы. Как же они перемещаются? Например, морской моллюск-гребешок, резко сжимая створки раковины, рывками может двигаться за счёт реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины. Медуза набирает внутрь воды, а затем резко сжимается, выбрасывая воду вниз, а сама при этом поднимается вверх за счёт той же самой реактивной силы струи воды. Но самый эффективный реактивный двигатель в природе у кальмара. Его даже называют «живой торпедой», так как он может достигать скорости 70 км/ч. Копируя двигатель кальмара, инженеры создали водомётный двигатель, который используется на лодках. К нижней стороне головы прилегает, а иногда и прирастает мускулистая коническая трубка, своим основанием уходящая внутрь мантийной полости. Это воронка, или с и ф о н,- основной движитель головоногого моллюска, его «реактивный двигатель». Воронка головоногих, так же как и щупальца, является гомологом ноги моллюсков. Если трубка - это сопло, то мантийная полость - это «камера сгорания» живой ракеты. Всасывая в нее воду через мантийную щель, моллюск с силой выталкивает ее затем через воронку. Чтобы вода не вытекала при этом обратно через щель, кальмар ее плотно замыкает при помощи особых «кнопок», находящихся на основании воронки и на внутренней поверхности мантии. Кнопки имеют вид бугорков и соответствующих им углублений и носят название вороночных и мантийных хрящей. Когда моллюск сокращает мускулатуру брюшной стенки мантии, сильная струя воды бьет из воронки. Реактивная сила, возникающая при этом, толкает моллюска в противоположную сторону. Воронка направлена к переднему концу тела, и поэтому моллюск обычно плывет задним концом вперед. Реактивные толчки и всасывания воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.
Учитель : Итак, в воде живут организмы, которые двигаются, используя реактивный принцип, а как же в воздухе?
Научный консультант : Природа не использует реактивный принцип в атмосфере, зато это сумел сделать человек. Он построил ракеты и реактивные самолёты.
Как вы думаете, сколько лет ракетам?... Более двух тысяч лет. Ещё до нашей эры их использовали в Индии и Китае. А с семнадцатого века ракеты стали использовать и в Европе, сначала для фейерверков, а затем в военном деле. Большую роль в победе над фашизмом сыграли реактивные миномёты «Катюши», использовавшиеся Советской армией в Великую Отечественную войну. И в наше время ракетное оружие нашей страны играет большую роль в сохранении мира на планете.
Первые экспериментальные реактивные самолёты появились в конце тридцатых годов двадцатого века. Вначале они были неуклюжими и ненадёжными, но шло время, реактивные самолёты становились всё совершеннее, и сейчас большая часть самолётов в мире использует реактивный принцип.
Учитель : Человек пытается покорить и космос.
Научный консультант : Для того чтобы двигаться, не используя реактивный принцип, тело должно взаимодействовать с землёй, водой или воздухом. В космосе взаимодействовать не с чем, поэтому там можно использовать только реактивный принцип движения.
Для того чтобы вывести космический корабль за пределы земной атмосферы требуется громадная скорость 29000 км/ч или 8 км/с. Сделать это можно только с помощью мощной ракеты. Впервые люди сумели совершить подобное в нашей стране в октябре 1957 года, под руководством генерального конструктора космических ракет Королёва Сергея Павловича. Первый спутник был небольшой, массой всего 85 кг, но затем ракеты стали мощнее, космические корабли увеличились. В космос полетел человек – наш соотечественник Юрий Алексеевич Гагарин. Люди изучили Землю из космоса, высадились на Луне, исследовали другие планеты с помощью автоматических спутников. Космос постепенно покоряется человеку.
Учитель : А как же реактивный двигатель используется на поверхности Земли?
Научный консультант : В природе реактивный принцип на поверхности Земли используют не животные, а растения. А именно «бешеный огурец», прозванный так за умение «выстреливать» созревшие плоды. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отделяется от плодоножки, а семена вместе со слизью с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Если коснуться зрелых плодов, то они моментально отскакивают от плодоножки, а из образовавшейся дырочки фонтаном вылетает слизистая клейкая жидкость с семенами. "Выстреливает" свои семена бешеный огурец на расстояние более шести метров.
Огурец движется за счёт реактивной струи состоящей из воздуха, семенной жидкости и самих семян. Таким образом «бешеный огурец» рассеивает свои семена.
Бешеный огурец имеет несколько разновидностей:
Момордика (Momordica L.) - однолетняя сильноветвящаяся травянистая вьющаяся лиана семейства тыквенных, распространенная в Юго-Восточной Азии. В Китае, Гонконге, Tайване, Восточной Индии, на Филиппинах это растение произрастает на склонах в предгорных лесах на высоте до 1300 м. Его название происходит от латинского momordicus - кусачий. Название, видимо, связано с тем, что пока растение развивается, все его органы жгутся при прикосновении, как крапива. Но при появлении первых спелых плодов кусаться момордика перестает.
Ecballium elateium - Однолетнее растение семейства тыквенных. Стебель лежачий или восходящий, длиной 50-150 см. Листья сердцевидно-яйцевидные или слегка лопастные, городчатые по краю, снизу серовато-войлочные. Цветет в июне-июле. Цветы однополые .
Колючеплодник, или эхиноцистис лопастной, или эхиноцистис шиповатый (Echinocystis lobata , Echinocystis echinata).Это однолетнее декоративное растение-лиана семейства тыквенных (Cucurbitaceae). В очень благоприятных условиях роста его побеги могут достигать длины 10 м. Травянистые стебли «бешеного огурца» снабжены ветвящимися усиками, крепко цепляющимися за опору. Побеги покрыты изрезанно-лопастными листьями. Одиночные женские цветки и собранные в соцветия-«свечки» мужские цветки колючеплодника расположены рядом, в пазухах листьев. Образующиеся сизо-зелёные овальные плоды-коробочки покрыты мягкими шипами. Бешеный огурец используется как декоративное растение для изгороди, плоды момордики используются в свежем и маринованном виде. Используется как лекарственное растение в гомеопатии.
Человек издавна стремился реализовать принцип «быстрее, выше, сильнее». Именно для достижения больших скоростей люди используют реактивный двигатель на суше. Чтобы достигнуть скорости звука на специальные автомобили устанавливают двигатели с реактивных самолётов. И вот 15 октября 1997 года скорость звука была покорена на автомобиле, а ведь это около 1200 км/ч.
Учитель : Мы с вами познакомились с использованием реактивных двигателей. Ну а почему они движутся?
По закону сохранения импульса суммарный импульс замкнутой системы тел сохраняется. Так как ракета является замкнутой системой, то этот закон справедлив и для неё. И если в начальный момент времени, когда, к примеру, ракета стоит на старте и импульс ракеты равен нулю, так как скорость равна нулю, то и во время движения импульс тоже должен быть равен нулю.
Т.к. , то тогда для ракеты до старта, и после старта ракеты. А это возможно только, если импульс ракеты равен импульсу сгоревшего топлива, покидающего ракету . То есть если газы от сгоревшего топлива движутся, то и ракета должна двигаться в другую сторону с тем же импульсом.
При этом большое значение имеет скорость движения сгоревших газов. Конструкции современных ракет допускают истечение газов из сопла ракеты со скоростью 2 км/с. Скорость космического корабля должна быть по крайней мере в четыре раза больше. Следовательно, и масса топлива должна быть больше массы ракеты. Если бы всё топливо сгорало сразу, то его масса должна была бы в четыре раза превышать массу ракеты и груза. Но так как топливо горит постепенно и на ракету действует сила тяжести, то на практике это соотношение достигает 55 раз.
V. Обобщение знаний
1.Контрольные вопросы
- Как формулируется закон сохранения импульса.
- В какой системе тел сохраняется импульс.
- Является ли ракета замкнутой системой тел, почему?
- Что такое реактивное движение?
- Как движется медуза, является ли это движение реактивным? Как это связано с особенностями строения тела?
- Почему кальмара называют «живой торпедой»?
- За что получил своё название «бешеный огурец»? Для чего используется огурец человеком?
- Как люди используют реактивный принцип движения в воде и в воздухе?
- Возможен ли в космосе другой принцип движения кроме реактивного?
- От чего отталкивается движущаяся ракета?
- Какое соотношение массы топлива и ракеты необходимо для выведения космического корабля в космос?
- Почему космические ракеты делают много ступенчатыми?
2.Решение задач:
а) Почему медуза при движении вверх сжимается?
б) Космонавту, находящемуся в открытом космосе, необходимо вернуться на корабль. В космосе отталкиваться не от чего, но у космонавта с собой массивный молоток. Как это сделать?
в) Как можно затормозить ракету?
3.Решение задач-кроссвордов.
VI. Обсуждение, подведение итогов урока.
VII. Домашнее задание §23,22
Интернет- урок
Методика проведения урока
- Ямолтдинова Любовь Яковлевна
2 . МКОУ : Квитокская СОШ №2
3.Должность : учитель физики
4.Предмет : физика
5.Класс : 9
6.Название курса : физика
7.Название темы : Реактивное движение
8.Роль и место данной темы в курсе :
Тема изучается в 9 классе. Входит в раздел «Законы динамики» (15 ч). Место данного урока в системе знаний - урок №13. Тема призвана сформировать у учащихся понятие реактивного движения на основе закона сохранения импульса и показать его значение для страны.
9.Основные вопросы темы : . Законы Ньютона. . Свободное падение. . Закон всемирного тяготения. . Сила тяжести и ускорение свободного падения. . . Равномерное движение по окружности. . Движение И С З. . Импульс. Закон сохранения импульса. . Реактивное движение.
10.Перечень вопросов, изучаемых в данной теме :
История реактивного движения.
Основы реактивного движения.
Примеры реактивного движения.
Принцип действия ракеты.
Расчет скорости ракеты.
Значение реактивного движения.
11.Основные особенности использования цифровых образовательных Интернет-ресурсов и компьютерных программных средств :
Цифровые образовательные Интернет-ресурсы и компьютерные программные средства в данной теме используются: Для поиска информации об истории реактивного движения, о жизни и деятельности С.П.Королева, о Ньютоне. Для демонстрации модели «Движение ракеты в свободном пространстве», анимаций с примерами реактивного движения (плывущая лодка без весел - из нее выбрасываются предметы, стреляющая пушка, сегнерово колесо и.т.д). Для работы по графику изменения скорости движения ракеты во времени (определить при каком минимальном отношении начальной и конечной масс одноступенчатая ракета может достичь первой космической скорости).
12.Технические средства: Компьютер, аудиоколонки, мультимедиапроектор, видеофрагменты запуска космического корабля, запись «Время вперед».
13.Программные средства : Интерактивное приложение к УМК «Физика» Генденштейна Л.Э., Дика Ю.И., Кирика Л.А.
14.Ресурсы Интернет:
http://www.college.ru/physics/index.php ,
http://www.elkin52.narod.ru/ ,
http://physics.nad.ru/physics.htm ,
15.Использование компьютера при подготовке учителя к уроку: Учитель использует Интернет, программы Microsoft Word и Microsoft Power Point для помощи ученикам в процессе их самостоятельной работы.
16.Ожидаемые результаты обучения :
В результате изучения данной темы учащиеся:
Узнают о проекте реактивного двигателя Н.И Кибальчича, о жизни и деятельности С.П.Королева.
Получат представление об основах реактивного движения.
Смогут рассчитывать скорость ракеты.
Ознакомятся с уравнением Мещерского.
Смогут решать задачи по теме.
Описание урока
Урок по теме: « Реактивное движение »
Цель : Используя жизненный опыт и практическую направленность, помочь ученикам усвоить знания об одном из видов движения - реактивном движении.
Задачи :
- Образовательные : Актуализация знаний по теме «Закон сохранения импульса» для изучения реактивного движения. Применение реактивного движения в космонавтике и других областях науки и окружающей жизни, выявление межпредметных связей.
- Воспитательные: Формирование ценностных ориентаций, воспитание чувства гордости за нашу страну.
- Развивающие: Научить высказывать свое мнение, анализировать и сопоставлять различные точки зрения, способствовать развитию наблюдательности, логического мышления, творческого подхода к различным жизненным ситуациям, развивать интерес к предмету, расширять кругозор учащихся, развивать обобщенные знания и целостное представление о физических явлениях
Тема урока : Реактивное движение
Оборудование и ресурсы:
Компьютеры с подключением к сети Интернет , аудиколонки, мультимедиапроектор, видеофрагменты запуска космического корабля, запись «Время вперед», резиновые шары для проведения опытов, сегнерово колесо, интерактивное приложение к УМК «Физика» Генденштейна Л.Э., Дика Ю.И., Кирика Л.А.
Перечень используемых цифровых ресурсов на уроке :
http://www.college.ru/physics/index.php ,
http://www.elkin52.narod.ru/ ,
http://physics.nad.ru/physics.htm ,
Сайт www.narovol .narod . ru /art / lit /Perelman . htm.
Отличительные особенности данного урока: Высокая плотность урока. Весь урок дети рассуждают, решают проблемы, ищут информацию самостоятельно, делают выводы. Рефлексия урока: Дети добавляют к рисунку ракеты яркие полосы, сообщая ей дополнительный импульс. Награждение дипломами по результатам работы над темой.
Работа учителя на уроке:
Организует учащихся на поиск новых знаний.
Ставит проблемные опыты.
Организует проблемные ситуации.
Осуществляет первичную проверку понимания.
Организует самостоятельную работу учащихся с использованием компьютера. .Помогает делать выводы из рассмотренных примеров.
Подводит итоги занятия и рефлексию.
Награждает дипломами по результатам работы над темой.
Описание деятельности учащихся :
. Ищут информацию в Интернете: О жизни и деятельности С.П.Королева, о летательной машине Кибальчича, модель «Движение ракеты в свободном пространстве», анимации с примерами реактивного движения (плывущая лодка без весел - из нее выбрасываются предметы, стреляющая пушка, сегнерово колесо и.т.д), график изменения скорости движения ракеты во времени.
Делают сообщения.
Формулируют третий закон Ньютона и закон сохранения импульса.
Отвечают на вопросы, рассуждают.
Проводят опыт с воздушным шариком, к которому скотчем прикреплена трубочка из-под сока с продетой через неё ниткой.
. Дают объяснения и комментарии.
. Формулируют определение реактивного движения
Решают задачи с использованием закона сохранения импульса.
Работают по графику:
. Определяют при каком минимальном отношении начальной и конечной масс одноступенчатая ракета может достичь первой космической скорости.
Решают кроссворд «наоборот», предлагают свои варианты вопросов, добавляют информацию.
Получают информацию о результатах своей работы.
Добавляют к рисунку ракеты яркие полосы, сообщая ей дополнительный импульс.
Межпредметные связи на уроке: История - 1881 г смерть царя Александра ІІ,
бомбу изготовил Кибальчич. Биология - движение медузы - реактивное движение. Литература - стихи на уроке.
Итоги урока:
Учащиеся усвоили основы реактивного движения и смогут распознавать его среди других видов движения. Узнали о скорости тела, движущегося реактивно и смогут ее рассчитывать. Познакомились с учеными, сделавшими вклад в развитие этого движения и их работами. С применением реактивного движения в космонавтике и других областях науки и окружающей жизни. Научились искать информацию и анализировать ее. Прониклись уважением к своей стране.