Урок Человек и Космос
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

Урок-игра по физике для учащихся 9-11 классов «Человек и космос»

Тип урока: повторения и развития знаний

Форма проведения: командная игра с учетом личных достижений

Время проведения: 1 час

Цели урока:

Методы обучения:

• Наглядно-образные;
• Поисковые (исследовательские);
• Практические.

Оборудование и наглядные пособия:

• компьютер, с минимальными техническими требованиями: 200 Мб свободного дискового пространства, 64 Мб оперативной памяти;
• мультимедийный курс «Физика, 7–11 классы»;
• видеопроектор, экран;
• карта звездного неба;
• элементы ракеты (2 экземпляра разных цветов);
• дидактический материал;
• таблицы «Многоступенчатая ракета», «Запуск ракеты»;
• «маршрутный лист участника»;
• звукозаписи песен  «Звезды Гагарина», «Трава у дома».

План урока:

Ход:

1. Организационный момент.
2. Постановка темы урока и основной проблемы урока.

Вступление учителя:

46 лет прошло с тех пор, как человек «шагнул в космос», а кажется, что это случилось давным-давно. Стали привычными полеты к Международным космическим станциям, а ведь каждый полет – это героический поступок. С древних времен человек рвался в небо. Можно вспомнить Дедала и Икара, Леонардо да Винчи, Циолковского и многих других. Почему людей притягивают звезды? Почему в звездную ночь мы, как завороженные не в силах отвести глаз от ярких мерцающих светил? Может быть, это наша генетическая память дает о себе знать? Может быть, мы на Земле пришельцы, и нам хочется вернуться к звездам?

Весь процесс развития человечества говорит нам о том, что мир познаваем. Но каждый из нас может ощутить себя творцом этого мира, если всю жизнь будет ставить перед собой вопрос: «Почему? Зачем? Как?».

На этом занятии мы узнаем: как человек покорил космос и чего достигло человечество в этой  области.  Выясним, а что вы знаете об этом и как умеете применять свои знания в решении космических задач.

Наше занятие будет проходить в форме соревнования между двумя командами и в личном зачете. Каждый из вас получает маршрутный лист, где будет сам выставлять себе баллы. Шкала указана в листе. Поэтому сегодня у нас будет не только команда-победитель, но и главный кандидат на совершение космического полета. Им станет набравший наибольшее количество баллов.

Желаю успехов!

3. Выступления учащихся.

Начинается показ презентации «Человек и космос».

Слайд № 1.

Ученик:

Созвездия блуждали в вечной мгле,

Казалось, им безмерный счет потерян.

Мы первыми сумели на Земле

Открыть Вселенной запертые двери.

Ученик:

«Памяти Гагарина» А. Твардовский

Ах, этот день двенадцатый апреля!

Как он прошелся по людским сердцам.

Казалось, мир невольно стал добрее,

Своей победой потрясенный сам.

Какой гремел он музыкой вселенской,

Тот праздник, в пестром пламени знамен,

Когда безвестный сын земли смоленской

Землей-планетой был усыновлен.

Жилец Земли, геройский этот малый

В космической посудине своей

По круговой, вовеки небывалой,

В пучинах неба вымахнул над ней.

В тот день она как будто меньше стала,

Но стала людям, может быть, родней.

Ах, этот день, невольно или вольно

Рождавший мысль, что за чертой такой –

На маленькой Земле – зачем же войны,

Зачем все то, что терпит род людской?

Учитель:

Ребята, сегодня мы с вами проверим готовность к космическому полету двух сборных команд «Ракета-Восток» и «Ракета-Союз», в состав которых  входят учащиеся 9-11 классов.

У меня имеются отдельные элементы космического корабля (для каждой команды разного цвета), схематическое изображение которых вы видите на доске. Команда, побеждающая в очередном этапе конкурса, выигрывает один из элементов и заполняет им схему конструкции (элементом, соответствующим цвету команды). Кто внесет больший вклад в подготовку ракеты к полету, тот и будет победителем сегодняшнего конкурса.

4. Работа в командах.

1 этап: Общая подготовка космонавтов

Викторина «Что мы знаем о космосе?»

1. Что означает слово «космонавтика»? (кораблевождение) Слайд № 2.
2. Первая космическая скорость? (7,9 км/с) Слайд № 3.
3. Вторая космическая скорость? (11,2 км/с)
4. Третья космическая скорость? (16,7 км/с)
5. Как называют космонавтов в Америке? (астронавты) Слайд № 4.
6. Кто первым высадился на Луну? (Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин)
7. Кто является основоположником космонавтики? (Циолковский) Слайд № 5.
8. Как звали первую собаку-космонавта? (Лайка)
9. Как называется АМС, которая вышла за пределы Солнечной Системы? («Вояджер»)
10. Как называлась космическая орбитальная станция, на которой жили и работали космонавты? В 2003 году из-за окончания срока годности утоплена в Тихом океане.(«Мир»)
11. Сколько планет в Солнечной Системе? (9)
12. Сколько насчитывается зодиакальных созвездий? (88)
13. Какова геометрическая форма Земли? (эллипсоид)
14. Кто был вторым космонавтом? (Герман Титов)
15. Кто первым вышел в открытый космос? (Алексей Леонов)
16. Как назывался космический корабль, на котором летал Юрий Гагарин? («Восток»)

2 этап: Ракета

В результате жеребьевки команды получают задания:

А) Рассказать об  устройстве и принципе действия  ракеты (таблица)

Б) Рассказать  о принципе запуска и посадки ракеты (таблица)

Дополнительные вопросы:

- Кем впервые был предложен проект проникновения человека во Вселенную и дано упрощенное схематическое описание современной ракетной установки? (Николай Иванович Кибальчич)

- Кто является основоположником ракетодинамики? (Константин Эдуардович Циолковский)

- С чьим именем связано открытие эры освоения человечеством космического пространства? Его называют Главным конструктором. (Сергей Павлович Королев)

Слайд № 6.

- Какое движение называется реактивным? Слайд № 7.

3 этап: Подготовка к полету          

Учитель:

При полете в космос человек попадает в непривычные для него условия. При взлете, пока не преодолено земное притяжение, космонавт  испытывает сильную вибрацию: весь корабль дрожит. Его оглушает рев могучих моторов. Вес его тела увеличивается в несколько раз. Но вот корабль вышел на околоземную орбиту. Вместо шума моторов – необычная тишина. Кончились перегрузки, и тело потеряло свой вес.

Космонавту нужно привыкать к невесомости. В космосе обстановка непривычна не только для организма, но и для психики человека. Сможете ли вы, например, в течение месяца жить в отрыве от всего земного, в одиночестве? Не испортится ли у вас настроение от того, что нельзя сменить отсек космического корабля на шумную улицу или зеленый прохладный лес, полный звуков и запахов?

Чтобы выдержать все это, космонавту необходимы идеальное здоровье, огромная физическая выносливость.          

В чем особенности этих состояний – перегрузки и невесомости – нам расскажут члены наших экипажей.

 Звучит запись песни «Трава у дома».

Условия полета:  Перегрузка. Невесомость.

1 член команды – теоретическое сообщение (по результатам жеребьевки)

Перегрузка: Слайд № 8

Состояние тела, при котором его вес превышает силу тяжести, называется перегрузкой.

«Я почувствовал, - вспоминал Гагарин, - какая-то непреоборимая сила все больше и больше вдавливает меня в кресло. И хотя оно было расположено так, чтобы до предела сократить влияние огромной тяжести, наваливающейся на мое тело, было трудно пошевелить и рукой, и ногой…»

При перегрузке вес тела увеличивается на величину, равную произведению массы тела на его ускорение: P=mg+ma. При этом не только все тело сильнее давит на опору, но и отдельные части тела – друг на друга. У человека в состоянии перегрузки затрудняется дыхание, ухудшается сердечная деятельность, происходит перераспределение крови, ее прилив или отлив к голове, появляется нечеткость зрения.  Поэтому переносить перегрузки могут только хорошо тренированные люди.

При взлете и посадке космического корабля ускорение a=6mg, а значит, возникает семикратное увеличение веса. Количественно возрастание веса характеризуется коэффициентом перегрузки, равным отношению ускорения тела к ускорению свободного падения: k=a\g.

Отрицательные физиологические эффекты, связанные с перегрузками, легче переносятся космонавтом, если его тело располагается перпендикулярно направлению ускорения. Это позволяет выдерживать даже 10-12-кратное увеличение веса. Систематические тренировки на центрифуге помогают космонавтам спокойно переносит перегрузки, сохранять ясную голову и следить за показаниями приборов.

Невесомость:

Состояние тела, при котором его вес равен нулю, называется невесомостью. Но, разумеется, масса тела, находящегося в состоянии невесомости, остается неизменной.

После выключения двигателей, когда космический корабль выходит на орбиту вокруг Земли, его ускорение будет равно ускорению свободного падения a=g. Поскольку ускорение а направлено вниз, к Земле, то вес тела P=mg-ma=0.

В состоянии невесомости все тела и их отдельные части перестают давить друг на друга. Космонавт при этом перестает ощущать собственную тяжесть. Предмет, выпущенный из его рук, не падает; замирает маятник в отклоненном положении; исчезает различие между полом и потолком. В условиях орбитального полета невесомость раздражает многие функции человека: слабеют мышцы и кости, организм обезвоживается. Но с помощью лечебной физкультуры и лекарств эти неприятные последствия можно устранить. Некоторым космонавтам в состоянии невесомости хорошо помогают русские кислые щи, которые входят в их меню.

Чтобы испытать состояние невесомости, достаточно совершить простой прыжок: до момента приземления вы будете невесомы. Готовя космонавтов к полету, состояние невесомости моделируют в специальных самолетах-лабораториях.

Вопросы по невесомости: (К вопросам подготовить рисунки) Слайд № 9.

1. Пишет ли ручка в космическом корабле? (Да. Действие ручки основано на явлении капиллярности и действии сил поверхностного натяжения, которое сохраняется в условиях невесомости.)
2. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля барометром-анероидом? (Да. Главная часть барометра – гофрированная коробочка, из которой откачан воздух.)
3. Можно ли измерить вес тела с помощью пружинных весов? (Нет. Отсутствует вес, а значит, и деформация пружины)
4. Плавает ли пробка на поверхности воды? (Нет. Она плавает по кабине вместе с другими предметами)
5. Вытекает ли вода из носика чайника? ( Нет. В невесомости нет веса, поэтому не возникает разность давлений на различных уровнях – оно одинаково. Жидкость не вытекает, ее приходится выдавливать из сосуда. Поэтому у космонавтов пища находится в особых упаковках.)
6. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов? (Нет)
7. Испытывает ли космонавт боль от ушиба? (Да. III закон Ньютона)
8. Можно ли измерить массу с помощью рычажных весов? (Нет. В невесомости и опоры, и тела, лежащие на них, падают к Земле с ускорением, равным ускорению свободного падения, поэтому при любом соотношении массы тела и массы гирь весы будут находится в равновесии)

2 и 3 члены команды – лабораторная работа (компьютерный вариант) см. Электронное издание «Физика, 7–11 классы» Слайд № 10.

 Отчет о результатах.

1, 4 и 5 члены команды – решение задачи. Слайд № 11.

1. Космическая ракета при старте с поверхности Земли движется вертикально с ускорением 20 м\с2. Чему равен вес летчика-космонавта в кабине, если его масса 80 кг? Какую перегрузку испытывает космонавт?

Решение: При перегрузках вес находят по формуле P = mg+ma.

                 Р=80кг*(10+20)м\с2=2400Н.

                 Перегрузка равна отношению (mg+ma)\mg = 1+a\g = 3.

2. Ю.А.Гагарин на космическом корабле «Восток-1» пролетел вокруг Земли расстояние 50400 км со средней скоростью 28000 км\ч. Сколько витков вокруг Земли было совершено? Сколько времени длился полет? (радиус орбиты примерно 8000 км)

Решение: Время полета t = s\v.

                 t = 50400км\ 28000км\ч = 1,8 ч =108 мин.

                 Длина орбиты C = 2π R = 6,28*8000км=50240км. Значит, совершен один виток.

4 этап: Астрономический (карты звездного неба) Слайд № 12.

А) Расположить планеты  в порядке удаления от Солнца (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).

Б) Созвездия (вставить в стихотворение пропущенные слова)

 Взглянув на пояс Зодиака, мы в январе увидим (Рака)

 А в феврале заметим (Льва). Хранителем его была

Его ж соседка в небе слева - в холодном марте злая (Дева).

 Весы купив себе в (апреле), они спокойно жить хотели,

Но в мае страшный (Скорпион) отнял у них покой и сон.

Его убил (Стрелец) прекрасный, отца июня сын несчастный.

В июле ж братец (Козерог) сон этой пары уберег.

А в августе на много дней приехал дядя (Водолей).

Из (Рыб) уху он в сентябре варил и кушал во дворе.

Зажарил (Овна) в октябре, (Тельца) зарезал в ноябре.

А в декабре, в конце концов, родилась пара (Близнецов).

5 этап: научно-исследовательский

Задания взяты из пособия В.Н.Ланге «Экспериментальные физические задачи на смекалку» («Наука», М., 1974)

1. № 106. Космонавту, находящемуся в открытом космосе, необходимо вернуться на корабль. На Земле это задача нехитрая, знай себе шагай, но в космосе все значительно сложнее, так как оттолкнуться ногами не от чего. Как же космонавту сдвинуться с места?

Ответ: Необходимо бросить какой-нибудь предмет в сторону, противоположную  ракете. Тогда, в соответствии с законом сохранения импульса, человек приобретет скорость, направленную к ракете: v=mv\M. Подобным же образом движется и сама ракета, отбрасывая продукты горения в одну сторону и двигаясь в противоположную.

2.  № 115. Космонавту, вышедшему в открытый космос и не связанному с кораблем, надо повернуться на 1800. Как ему поступить?

Ответ: Проделать следующий цикл движений в соответствии с законом сохранения момента импульса: вытянуть правую руку в сторону, затем прижать ее к груди, опустить вдоль туловища, снова вытянуть в сторону и т.д.

3.  № 114. Как, прилетев на незнакомую планету, космонавты могут определить, обладает ли  на магнитным полем? В их распоряжении - чувствительный гальванометр и моток проволоки.

Ответ: Изготовив из проволоки катушку, подключить ее концы к гальванометру. Если планета обладает достаточно сильным магнитным полем, то при поворотах катушки гальванометр зарегистрирует импульсы индукционного тока, возникающего в результате изменения магнитного потока, пронизывающего катушку.

4. № 110. Как найти ускорение свободного падения на неизвестной планете, имея в своем распоряжении пружинные весы и гирю известной массы?

Ответ: Измерить вес этой гири с помощью весов и определить g из соотношения g=P\m.

5. № 113. Наблюдая у себя дома по телевизору высадку космонавтов на Луну, профессор заметил, что у одного из отсеков корабля свисал, качаясь, рядом с фигурой космонавта канат длиной примерно с рост космонавта. Посмотрев на часы, профессор сумел определить ускорение свободного падения на этой планете. Как он это сделал?

Ответ: Оценить длину каната примерно 1м. За t секунд канат совершил N колебаний. Отсюда определим период колебаний: T= t\N. Пользуясь формулой маятника T=2π√L \g,

находим ускорение свободного падения.

6.  Продемонстрировать отсутствие (изменение) веса тела в земных условиях(№559-Марон)

Ответ: Проследить за тем, как изменяются показания весов, когда  встав на весы, вы резко приседаете или резко встаете.

6 этап: Исторический

Учитель:

Мечта людей не только взлететь, но и преодолеть притяжение Земли сбылась 12 апреля 1961 года. Сказку сделал былью смоленский парень, гражданин своего Отечества.

Покидаем мы Землю родную.

Для того чтоб до звезд и планет

Донести нашу правду земную

И земной наш поклон и привет.

Для того чтобы всюду победно звучал

Чистый голос любви,

Долгожданный сигнал.

              Я – Земля!

              Я своих провожаю питомцев –

             Сыновей, дочерей.

             Долетайте до самого Солнца

             И домой возвращайтесь скорей!

Сейчас в космосе находится МКС – международная космическая станция, на которой живут и работают в течение длительного времени космонавты разных стран.

Слайд № 13.

И завершим мы игру демонстрацией презентации, подготовленной совместными усилиями обеих команд  (с докладами).

           Презентация « Первый космонавт Земли» ( Запись песни «Знаете, каким он парнем был»).              

5. Подведение итогов:

- Объявляется победитель в командном зачете.

- Участники подсчитывают количество набранных баллов.

Объявляется победитель в личном зачете.

Всем участникам выставляются отметки.

Награждение грамотами.

Приложение 1.

Таблица командного зачета

Приложение 2.

Маршрутный лист участника

Приложение 3.

Задания к этапу «Невесомость»

1. Пишет ли ручка в космическом корабле?
2. Можно ли измерить давление воздуха в кабине космического корабля барометром-анероидом?
3. Можно ли измерить вес тела с помощью пружинных весов?
4. Плавает ли пробка на поверхности воды?
5. Вытекает ли вода из носика чайника?
6. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов?
7. Испытывает ли космонавт боль от ушиба?
8. Можно ли измерить массу с помощью рычажных весов?

Приложение 4.

Задания к этапу «Решение задач».

1. Космическая ракета при старте с поверхности Земли движется вертикально с ускорением 20 м\с2. Чему равен вес летчика-космонавта в кабине, если его масса 80 кг? Какую перегрузку испытывает космонавт?

2. Ю.А.Гагарин на космическом корабле «Восток-1» пролетел вокруг Земли расстояние 50400 км со средней скоростью 28000 км\ч. Сколько витков вокруг Земли было совершено? Сколько времени длился полет? (радиус орбиты примерно 8000 км)

Приложение 5.

Задания к этапу « Астрономический»

А) Расположить планеты  в порядке удаления от Солнца

Б) Созвездия (вставить в стихотворение пропущенные слова)

 Взглянув на пояс Зодиака, мы в январе увидим (…)

 А в феврале заметим (….). Хранителем его была

Его ж соседка в небе слева - в холодном марте злая (…).

 Весы купив себе в (каком месяце?), они спокойно жить хотели.

Но в мае страшный (…) отнял у них покой и сон.

Его убил (…) прекрасный, отца июня сын несчастный.

В июле ж братец (…) сон этой пары уберег.

А в августе на много дней приехал дядя (…).

Из (…) уху он в сентябре варил и кушал во дворе.

Зажарил (…) в октябре, (…) зарезал в ноябре.

А в декабре, в конце концов, родилась пара (…).

Приложение 6.

Задания к этапу «Научно-исследовательский»

1. № 106. Космонавту, находящемуся в открытом космосе, необходимо вернуться на корабль. На Земле это задача нехитрая, знай себе шагай, но в космосе все значительно сложнее, так как оттолкнуться ногами не от чего. Как же космонавту сдвинуться с места?

2.  № 115. Космонавту, вышедшему в открытый космос и не связанному с кораблем, надо повернуться на 1800. Как ему поступить?

3.  № 114. Как, прилетев на незнакомую планету, космонавты могут определить, обладает ли  на магнитным полем? В их распоряжении - чувствительный гальванометр и моток проволоки.

4. № 110. Как найти ускорение свободного падения на неизвестной планете, имея в своем распоряжении пружинные весы и гирю известной массы?

5. № 113. Наблюдая у себя дома по телевизору высадку космонавтов на Луну, профессор заметил, что у одного из отсеков корабля свисал, качаясь, рядом с фигурой космонавта канат длиной примерно с рост космонавта. Посмотрев на часы, профессор сумел определить ускорение свободного падения на этой планете. Как он это сделал?

6. Продемонстрировать отсутствие (изменение) веса тела в земных условиях

Приложение 7.

Презентация «Человек и космос»

Слайд №1                                                       Слайд №2

Слайд №3                                                        Слайд №4

Слайд №5                                                       Слайд №6

         
Слайд №7                                                        Слайд №8

Слайд №9                                                               Слайд №10

Слайд №11                                                              Слайд №12

Слайд №13 (видео)