Урок физики в 9 классе на тему «Первая космическая скорость. Искусственные спутники планет» с использованием элементов кейс-технологии



Использование данного метода актуально при рассмотрении темы, так как требуется решение и описание сложной ситуации, которую нужно разложить на части, проанализировать каждую из них, а затем снова сложить вместе, чтобы получить целостное представление о ситуации с помощью практики

В ходе работы должен получиться некоторый результат — вывод формулы и анализ её содержания. Для активизации познавательной деятельности для учащихся предложен кейс. Кейс должен представлять собой цепь реальных событий, которые содержат в себе провокационные тенденции к вызову споров, обсуждений, желания думать, размышлять, разрабатывать интригующие варианты решений. В ходе активной работы учащиеся приобретают новые предметные знания и метапредметные умения.

Тип урока: урок открытия нового знания

Цели урока: изучить движение тел в гравитационном поле Земли и других планет. Углубить понимание закона Всемирного тяготения и движения по окружности путем их применения для вывода формулы первой космической скорости. Познакомить учащихся с историей запусков ИСЗ, с успехами и трудностями, которые пришлось преодолеть нашим ученым, физикам, конструкторам первых космических аппаратов.

Образовательные задачи:

− изучить движение тел в гравитационном поле планеты.

− Углубить понимание закона Всемирного тяготения и движения по окружности путем их применения для вывода формулы первой космической скорости;

− выработать умения воспринимать и излагать новый материал;

− показать практическую значимость изучаемого материала;

− познакомить учащихся с успехами в освоении космического пространства.

− Анализ зависимости первой космической скорости от параметров планеты и параметров движения спутника.

Развивающие задачи:

− развивать мобильность и творческую самостоятельность,

− развитие мыслительных действий: анализа, сравнения, обобщения,

− развитие зрительной памяти, логического мышления, активности учащихся на уроке,

− приобретение опыта самостоятельного поиска и отбора информации, развитие диалогической и монологической речи;

− развитие способности понимать точку зрения собеседника и признавать право на иное мнение;

Воспитательные задачи:

− привитие интереса к предмету,

− воспитание активного отношения к познанию окружающего мира,

− воспитание у учащихся культуры общения.

− сформировать интерес учащихся к изучаемому материалу. Рассмотреть примеры из истории космической техники, показать роль ученых, физиков, конструкторов;

− воспитывать чувство патриотизма и гордости за свою Родину.

Планируемые результаты

Предметные:

научиться применять знания по описанию движения по окружности, закона всемирного тяготения для вывода формулы первой космической скорости.

Ввести понятие второй и третьей космической скорости.

Метапредметные:

Познавательные: преобразовывать информацию из одной формы в другую, устанавливать причинно-следственные связи, строить рассуждения с доказательствами, приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации. Интерпретировать информацию, отвечать на вопросы, используя неявно заданную информацию

Оценивать достоверность предложенной информации, строить оценочные суждения на основе текста.

Создавать собственные тексты, применять информацию из текста при решении учебно-практических задач

Регулятивные: принимать и сохранять учебную задачу, адекватно воспринимать оценку учителя и одноклассников. Планировать действия в соответствии с поставленной задачей (свои и группы)

Коммуникативные: формирование умения работать в группе, высказывать и обосновывать свою точку зрения, в корректной форме задавать вопросы. Координировать позиции в сотрудничестве с учетом различных мнений, уметь разрешать конфликты

Личностные: самостоятельность в приобретении новых знаний, умение работать в группе, умение планировать свою деятельность, оценивать результаты своей работы и своих товарищей, понимание границ того, «что я знаю», и того, «что я не знаю», «незнания», и стремление к преодолению этого разрыва;

Материалы куроку.

1. Презентация. Модель «Гора Ньютона» — для класса
2. Карточки с задачей и справочная таблица — для группы
3. Оценочный лист. — для каждого участника

I. Мотивация учебной деятельности. Одвижении планет, тел вполе силы тяжести.

Людей всегда манили дали,

Их вечно океаны звали.

И космос жил не торопясь,

Он был загадочен и страшен.

А. Семёнов.

Тема нашего урока сегодня «Искусственные спутники Земли». Мы попытаемся с вами рассмотреть детально вопрос о запуске и движении ИСЗ, раскрыть понятие и значение первой, второй и третьей космических скоростей и научиться рассчитывать первую космическую скорость.

Формирование представлений озапуске идвижении ИСЗ.

1. Рассмотрим более детально вопрос о запуске и движении ИСЗ. Чтобы понять при каких условиях тело может стать ИСЗ обратимся к слайду. Он представляет собой копию рисунка, сделанного Ньютоном. Здесь изображен земной шар, а на нем показана высокая гора, с вершины которой бросают камни, придавая им различные скорости.

Рисунок показывает, 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.

Скорость, которую необходимо сообщить телу, чтоб оно стало искусственным спутником Земли, называют первой космической скоростью.

Ещё в 17 веке Ньютон предсказывал, что возможно создание искусственных спутников Земли. То есть запустить тело с некоторой скоростью на околоземную орбиту так, чтоб оно двигалось вокруг планеты, не падая на неё.

4 октября 1957 года в Советском Союзе впервые в мире был запущен искусственный спутник Земли. Сегодня конструкторы многих стран мира сконструировали и отправили в космос тысячи искусственных спутников, которые выполняют различные задачи.

Справочная информация на слайде.

Исторические сведения

Сообщить телу такую огромную скорость впервые удалось лишь в 1957 г., когда в СССР под руководством С. П. Королева был запущен первый в мире искусственный спутник Земли (сокращенно ИСЗ). Запуск этого спутника — результат выдающихся достижений в области ракетной техники, электроники, автоматического управления, вычислительной техники и небесной

4 октября 1957 г. в Советском Союзе был запущен первый в истории человечества ИСЗ. Спутник в виде шара диаметром 58 см и массой 83,6 кг и ракета-носитель долгое время двигались над Землей на высоте в несколько сотен километров.

4 октября 1959 г. советская автоматическая станция «Луна-3» облетела Луну и фотографировала ее невидимую сторону. Человек впервые увидел «затылок» Луны.

12 апреля 1961 г. гражданин СССР Юрий Алексеевич Гагарин совершил первый в мире пилотируемый полет на корабле «Восток» — День Космонавтики.

12 февраля 1962 г. впервые в истории запущена к планете Венера автоматическая станция «Венера-1», она открыла советскую программу исследований этой планеты.

Применение современных спутников Земли.

В настоящее время сотни спутников запускаются каждый год в научно-исследовательских и практических целях: для осуществления теле- и радиосвязи, исследования атмосферы, прогнозирования погоды и т. д. (для исследования других планет; для наблюдения состояния облачного покрова Земли при составлении метеопрогнозов; для охраны леса, в частности по своевременному оповещению об очагах пожара; для обнаружения местонахождения кораблей и помощи выбора правильного курса; в рыболовецком флоте — для обнаружения рыбных косяков, для прогнозирования землетрясений и т. д. Российский Глонасс и американский GPS похожи. Преимущества Глонасс.

Космос сегодня остаётся загадочным и не изученным до конца. Но человек уже ступил за пределы околоземных орбит и готов изучать более удалённые космические объекты. Без знания законов физики это невозможно.

Нам сегодня предстоит ответить на ряд вопросов и получить новые сведения и знания. На какие вопросы мы должны получить ответы? (Учащиеся формулируют вопросы, задачи урока)

Каковы физические основы космических полётов? Какую роль играют законы Ньютона восвоении космоса?

II. Актуализация знаний (фронтальный опрос).

1. Какое движение совершает тело под действием силы тяжести? (свободное падение)
2. С каким ускорением совершается свободное падение? (g=9,8м/с2)
3. Куда всегда направлено ускорение свободного падения? (к центру Земли)
4. Куда направлено ускорение тела, движущегося по окружности или по ее дуге с постоянной по модулю скоростью?
5. Как направлена скорость тела, движущегося по окружности?
6. Как направлено ускорение ИСЗ?
7. Какая сила вызывает движение спутника?
8. Можно ли движение искусственного спутника Земли считать свободным падением?

Сформулируйте главный вопрос сегодняшнего урока. Цель.

Сегодня на уроке нам предстоит научиться рассчитывать первую космическую скорость для тел, движущихся вблизи различных планет солнечной системы.

Предлагаю поделиться на группы и приступить к решению поставленной задачи.

III. Задача одвижении космического спутника.— кейс

Для исследования ближайшего космоса, к планетам Солнечной системы отправились несколько экспедиций. К сегодняшнему дню все экспедиции достигли своей цели и совершили посадку на поверхность планет Солнечной системы. Следующим этапом экспедиции является исследование околопланетного пространства.

Команда астронавтов готовится к путешествию в ближайшем космосе (вокруг планеты). Задача команды — исследовать пространство за пределами атмосферы, выполнить фотосьёмку поверхности планеты.

Имея в распоряжении космический корабль и сведения о параметрах планеты, капитан должен рассчитать, какую скорость следует сообщить кораблю, чтоб он двигался по круговой орбите на высоте 400 км над её поверхностью. Ресурсы корабля позволяют ему находиться в автономном полёте несколько суток. Сколько оборотов сделает космический корабль вокруг планеты, если продолжительность автономного путешествия равна 5 планетных суток?

Во время обсуждения плана полёта поступило предложение оставить часть снаряжения на планете, чтоб уменьшить массу спутника, что, возможно, приведёт к увеличению скорости и позволит выполнить больше оборотов вокруг планеты. Возник спор о целесообразности такого предложения. Капитан утверждал, что скорость увеличивать нельзя больше некоторого значения. Что произойдёт, если скорость будет больше?

После выполнения задания экспедиции необходимо вернуться на Землю. Как необходимо изменить скорость космического корабля, чтоб он смог вернуться на Землю? Параметры планеты заданы в справочнике.

Параметры	Числовое значение величины
Масса планеты
Радиус планеты
Средняя высота атмосферы
Расстояние до Солнца
Продолжительность суток
Продолжительность года
Масса космического корабля

3. Фронтальная беседа на понимание задачи — кейса.

− При каком условии космический корабль будет двигаться по круговой орбите? (Скорость = первой космической скорости.)

− По какой траектории движется корабль? (По условию задачи траектория — окружность)

− Как направлено ускорение корабля? (К центру окружности)

− Как называется и чему равно ускорение? (Центростремительное ускорение. Формула)

− Какая сила сообщает ускорение кораблю? (Сила всемирного тяготения)

− Как рассчитать силу всемирного тяготения?

− Запишите уравнение, связывающее ускорение и силу. (По второму закону Ньютона…)

− Укажите на рисунке все параметры движения (направление скорости, ускорение, радиус траектории)

Рассчитайте величину скорости, скоторой должен двигаться корабль на заданной высоте.

4. Работа в группах по обсуждению задачи. Каждая команда рассчитывает первую космическую скорость на заданной планете (Меркурий, Венера, Марс)

Решение задачи вгруппе.

5. Презентация решения. Представьте своё решение задачи, сообщите ответ. Оцените, насколько реален ответ, полученный вами? Как оценить его реалистичность?

6. Общая дискуссия, обсуждение результатов:

зависимость скорости от параметров планеты, высоты спутника над поверхностью планеты, массы спутника.

Как будет двигаться спутник, если скорость превысит первую космическую? Обсуждение по рисунку (слайд).

7. Обобщение полученных результатов. Запись формул втетрадь, фиксирование информации.

8. Итог урока, оценка деятельности в группах, самооценка.

Поставьте воценочный лист оценки каждому участнику работы. Отметьте особый вклад, если есть лидеры в вашей группе. Выскажите пожелание более слабому ученику в группе.

9. Домашнее задание: Рассчитать первую космическую скорость для Земли на малой высоте (R=Rземли, h=0)

10. Рефлексия. (Новый метод изучения материала. Трудно? Интересно? Понятно? Запоминается?)

Наш урок подошёл к концу. Мы совершили непростое путешествие, применили знания, полученные нами на предыдущих уроках к решению практической задачи, научились анализировать результаты труда. Работа была непростой. Насколько важной она была для вас?

На листе оценки отметьте цветом соответствующие вашему результату утверждения.

Получил удовольствие	Повторил формулы	Узнал что-то новое
Ничего не понял		Научился …
Удивился	Помогал	Расстроился

Всем спасибо за работу. Надеюсь, что домашняя работа даст вам интересную информацию о космических скоростях.