Реактивное движение. Освоение космоса
план-конспект урока по физике (9 класс) по теме

Тема урока:

«Реактивное движение. Освоение космоса»

Цели урока:

1. Образовательная: познакомиться с особенностями и характеристиками реактивного движения, историей его развития, проверить глубину усвоения материала по изученной теме, познакомить с историей развития ракетной техники в мире и в Беларуси.
2. Воспитательная: показать, что знание основ физики необходимо каждому; показать, что явления физики происходят повсюду вокруг нас; формирование познавательного интереса к физике.
3. Развивающая: развитие политехнических знаний и умений, умения пользоваться языком физики и применять знания в новой обстановке.

Демонстрации: 

1.   Взаимодействие Г-образной трубки с движущейся водой в ней;
2.   Движение воздушного шарика при выходе воздуха из него;
3.   Схема реактивного движения на плакатах.
4.   Плакаты и слайды.
5.   Макет «Водяная ракета»

Ход урока

I.        Повторение

Поскольку тема реактивного движения основана на глубоком понимании закона сохранения импульса, то в начале урока следует повторить весь материал, изученный по данной теме. Можно провести краткий опрос:

65535. Всегда ли удобно пользоваться законами Ньютона для описания
       взаимодействия тел?
65536. Что такое импульс?
65537. Куда направлен вектор импульса?
       Сформулируйте закон сохранения импульса.
65538. Кто открыл закон сохранения импульса?

Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении

тел? и т.д.

Задачи, заданные на дом для самостоятельного решения, достаточно простые и на проверке их решений можно не останавливаться.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Определение реактивного движения;
2. Демонстрация видов реактивного движения;
3. Расчет скорости движения тела при реактивном движении
4. Доклады учеников о жизни и деятельности К.Э.Циолковского
   и С.П.Королева.

1. Начало изложения нового материала предполагает определение реактивного движения как одного из видов механического движения.

Движение, которое возникает как результат отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части, называется реактивным движением.

На данном принципе работают реактивные самолеты и ракеты. Сила тяги обеспечивается реактивной тягой струи раскаленных газов.

Каракатицы, осьминоги при движении в воде также используют реактивный принцип перемещения. Набирая в себя воду, они, выталкивая ее, приобретают скорость, направленную в сторону, противоположную направлению выброса воды.

2.        Простейшим примером реактивного движения является подъем воздушного шарика при выходе воздуха из него (учитель демонстрирует движение шарика).

В опыте с Г-образной трубкой учащиеся наблюдают, как трубка отклоняется в сторону, противоположную направлению струи.

3.        После демонстрации опытов учитель задает вопрос:

1. За счет чего возникает такое движение?
2. Почему откланяется трубка? Почему взлетает воздушный шарик?
3. Почему движется ракета?

Согласно Третьему закону Ньютона сила F1, с которой ракета действует на раскаленные газы, равна силе F2, с которой газы отталкивают от себя ракету.

F1= F2

Именно сила F2 является реактивной силой. Рассчитаем скорость, которую может приобрести ракета.

Если импульс выброшенных газов равен mГ υГ, а импульс ракеты mР υР, то можно получить:           mГ υГ = mР υР

Откуда:                      

Таким образом, скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов, и чем больше отношение

Ясно, что выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Такого быть не может, так как мгновенное сгорание - это взрыв. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы.

В заключении 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. Возможно, и другие виды силовых двигателей.

Говоря об истории развития ракет, нужно заметить, что их первые модели появились еще в Китае в X веке. Они работали на порохе и применялись лишь при фейерверках.

Затем, уже в XVIII веке, появились первые боевые ракеты с дальностью полета до 2,5 км.

Особенностью всех типов ракет было то, что в них был заложен принцип реактивной тяги.

Особое место в развитии ракетостроения принадлежит нашей стране. Первые русские ракеты, которые были построены под руководством

К.И.Константинова в XIX веке, могли нести достаточно большой заряд на 4-5 км. Ближе к первой мировой войне, развитие боевых ракет было почти прекращено.

Попытку вернуть развитие ракетостроения предпринял К.Э.Циолковский. Он не только смог теоретически обосновать возможность космических полетов, но и рассчитать отдельные параметры ракетоносителя. Пожалуй, именно он и является родоначальником практического современного ракетостроения в нашей стране.

Прорыв в создании новых образцов космической техники принадлежит группе ученых нашей страны, которые в начале 30-х годов XX века создали коллектив ГИРД (группа по изучению реактивного движения), среди которых был и С.П.Королев. Именно тогда ученые поняли, что самыми перспективными являются жидкостные ракетные двигатели. Чтобы горючее горело на больших высотах, где мало кислорода, ракета снабжалась баками с окислителем.

Первые образцы ракет показали хорошие летные качества. Но война помешала нашей стране быстро построить модели боевых ракет.

В годы войны в Германии под руководством В. фон Брауна построили ракеты ФАУ-1 и ФАУ-2 с дальностью полета до 300 км, которыми бомбили Англию.

Но самые большие достижения в области покорения космоса принадлежат нашей стране. 4 октября 1957 г. при помощи ракеты был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли. Это сделала группа ученых под руководством С.П.Королева. 12 апреля 1961 г. первый в истории человечества человек - Ю.А.Гагарин совершил космический полет.

Современные ракетоносители обладают такой мощностью, что могут выводить на орбиту до 150 т полезного груза. Именно в нашей стране построен самый мощный носитель «Протон-3» НПО «Энергия».

Человечество смогло построить космические корабли, которые изучают планеты Солнечной системы. Правда, для покорения космического пространства нужны уже принципиально новые конструкции ракет. Они должны иметь значительно большие скорости, чем первая, вторая и третья космические скорости. Только в этом случае можно заглянуть за пределы Солнечной системы. Следовательно, нужно создавать новые аппараты, скорость которых будет десятки тысяч километров в секунду.

Существует много проектов по созданию фотонных, гравитационных двигателей, которые позволят разгонять корабли до околосветовых скоростей. Но это - дело будущего.

Подводя итоги урока, учитель отвечает на вопросы учеников. Таких вопросов всегда бывает очень много, и будет хорошо, если на часть из них смогут ответить сами ученики.

4. Следует обратить внимание учеников на роль К.Э.Циолковского в развитии взглядов на теорию ракетостроения и освоения космического пространства.

В конце урока заранее подготовленные ученики делают сообщения о жизни и научной деятельности К.Э.Циолковского и С.П.Королева.

Остальные учащиеся, по возможности, дополняют выступления.

Домашнее задание

§ 36, ответить на контрольные вопросы, Желающие могут подготовить доклады по теме «Развитие ракетной техники»