Урок физике по теме"Реактивное движение" ( 9 класс)

Урок физики в 9 «А» классе

Дата: 18.11.14г

Тема урока: Реактивное движение.

Цель урока: раскрыть содержание реактивного движения,

Задачи урока:

Образовательные:

1.     На основании закон сохранения импульса, показать  практическое применение реактивного движения.

2.     Ввести понятие реактивного движения;

3.     Распространить применение закона сохранения способствовать развитию навыков учащихся в самостоятельном приобретении информации, в умении выделять главную мысль.

Воспитательные:

1.Способствовать развитию интеллектуальных способностей учащихся;

2.Активизировать деятельность учащихся на уроке.

Развивающие:

1.Дать возможность почувствовать свой потенциал каждому учащемуся, чтобы показать значимость полученных знаний;

          2.Побудить к активной работе;

 3.Воспитывать эстетическое восприятие мира через демонстрацию и наглядность;

 4.Формировать  научное мировоззрение, представления о роли физики в жизни общества и его технических достижений.

 Тип урока: урок изучения нового материала.

      Формы: индивидуальная, фронтальная, групповая работы;

      Методы: наглядное практическое, исследовательское закрепление.

      Здоровье сохраняющие технологии: проветривание, физкультурная пауза, разнообразные формы работы.

       ЗУНы: наблюдать, анализировать и сравнивать результаты опытов, делать выводы по применению закона сохранения импульса, реактивное движение, устройство ракеты, уравнение движения ракеты.

Оборудование: оборудования для экспериментов по реактивному движению, интерактивная доска, презентации.

План урока.

1.Организационный момент. (3 мин.)

2.Проверка домашнего задания. (10 мин.)

Повторение пройденного материала.

   3.Изучение нового материала. (15 мин.)

   4.Закрепление полученных знаний. (7 мин.)

   5.Домашнее задание. (2 мин.)

   6.Подведение итогов урока. (3 мин.)

Ход урока

I.                  Орг момент.

II.               Проверка домашнего задания.

1)    Задачи: Упражнение 17 (1,2,3)

«ПОВТОРЕНИЕ – МАТЬ УЧЕНИЯ!»

       2) Фронтальный опрос по темам:

Вопросы:

1.Что называют импульсом тела и импульсом силы?
2. Запишите формулу импульса тела.
3. Какова единица измерения импульса тела в СИ?
4. Что такое замкнутая система?
5. Сформулируйте закон сохранения импульса.

3) Работа по карточкам.

III.           Изучение нового материала

«ТЫ ЦИОЛКОВСКИМ МОЖЕШЬ И НЕ БЫТЬ, НО   ИМПУЛЬС  ПРИМЕНЯТЬ  ОБЯЗАН!»

- Мотивация: эксперименты:

 Эксперимент 1
Двигающиеся друг на друга две телеги имеют скорости V01 и V02, а их массы соответственно равны m1 и m2. Если пренебречь силами внешними (например силой тяжести и трения.) и посчитать эту систему тел замкнутой.
По III закону Ньютона
Получаем закон сохранения импульса.
Эксперимент 2
Надуйте детский резиновый шарик и отпустите. Шарик стремительно взовьется вверх.
Эксперимент 3
Пробейте банку гвоздем, а напротив отверстия сделайте еще одно, дырки должны быть косые. Налейте воду. Банка придет в движение.
Это наглядные примеры реактивного движения.

- Презентация

 СЛАЙД 2.

Законы Ньютона позволяют объяснить очень важное механическое движение – реактивное движение. Так называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части.

Рассмотрим пример, возьмём детский резиновый шарик, надуем его и отпустим. Мы увидим, что, когда воздух начнёт выходить из него в одну сторону, сам шарик полетит в другую. Это и есть реактивное движение.

СЛАЙД 3.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Например, если запастись достаточным количеством мячей, то лодку можно разогнать и без помощи весел, действием только одних внутренних сил. Толкая мяч, человек (а значит и лодка) сам получает толчок согласно закону сохранения импульса.

СЛАЙД 4.

По принципу реактивного движения передвигаются некоторые представители животного мира, например кальмары и осьминоги. Периодически выбрасывая вбираемую в себя воду, они способны развивать скорость до 60-70 км/ч.

СЛАЙД 5.

Аналогичным образом перемещаются медузы, каракатицы и некоторые другие животные.

СЛАЙД 6.

Первые ракеты начали изготавливать очень давно. Их появление было связано с изобретение пороха. Пороховые ракеты применялись в Китае уже и Х в.н.э. На протяжении сотен лет такие ракеты (бамбуковые трубки, начиненные порохом) использовались в основном как фейерверочные и сигнальные.

Несколько позже появились боевые (зажигательные) ракеты. Боевые ракеты на чёрном дымном порохе массой от 3 до 6 кг и дальностью действия около 2 км применялись индийскими войсками в борьбе с английскими колонизаторами во время осады Серингапатама (конец ХVIII в.)

В России пороховые ракеты были приняты на вооружение в начале ХIХ в. Они с успехом использовались в русско-турецкой войне 1828-1829 гг., в Крымской войне 1853-1856 гг., а также в русско-турецкой войне 1877-1878гг.

Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону.

СЛАЙД 7.

Вы знаете, что принцип реактивного движения находит широкое применение  в космонавтике и авиации. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полётов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т.е. ракеты.

СЛАЙД 8.

Рассмотрим вопрос об устройстве и запуске так называемых ракет-носителей, т. е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.

СЛАЙД 9.                                                                                                                       

Современная космическая ракета представляет собой очень сложный летательный аппарат, состоящий из сотен тысяч и миллионов деталей. Масса ракеты огромна. Она складывается из массы рабочего тела (т.е. раскалённых газов, образующихся в результате сгорания топлива и выбрасываемых в виде реактивной струи) и конечной или, как говорят, «сухой» массы ракеты, остающейся после выброса из ракеты рабочего тела.

«Сухая» масса ракеты, в свою очередь состоит из массы конструкции (т.е. оболочки ракеты, её двигателей и системы управления) и массы полезной нагрузки (т.е. научной аппаратуры, корпуса выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).

По мере истечения рабочего тела, освободившиеся баки лишние части оболочки и т.д. начинают обременять ракету ненужным грузом, затрудняя её разгон. Поэтому для достижения космических скоростей применяют составные (или многоступенчатые) ракеты. Сначала в таких ракетах работают лишь блоки первой ступени. Когда запасы топлива в них кончаются, они отделяются, и включается вторая ступень, после исчерпания в ней топлива она также отделяется и включается третья ступень. Находящийся в головной части ракеты спутник или какой-либо другой космический аппарат укрыт головным обтекателем, обтекаемая форма которого способствует уменьшению сопротивления воздуха при полёте ракеты в атмосфере Земли.

Когда реактивная газовая струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону. Почему это происходит?

Согласно третьему закону Ньютона, сила F, с которой ракета действует на рабочее тело, равна по  величине и противоположна по направлению силе F΄, с которой рабочее тело действует на корпус ракеты: F=F΄.

Сила F΄ (которую называют реактивной силой) и разгоняет ракету.

Из равенства   mυ=Ft  следует, что сообщаемый телу импульс равен произведению силы на время её действия. Поэтому одинаковые силы, действующие в течении одного и того же времени, сообщают телу равные импульсы. В данном случае импульс Мрυр , приобретаемый ракетой, должен быть равен импульсу mгазаυгаза выброшенных  газов:

         М _рυ_р = m_г υ_г

Отсюда следует, что скорость ракеты   υр= m_г υ_г /Мр

Проанализируем полученное выражение. Мы видим, что скорость ракеты тем больше, чем больше отношение массы рабочего тела (т.е. массы топлива) к конечной («сухой») массе ракеты. Эта формула является приближённой. В ней не учитывается, что по мере сгорания топлива масса летящей ракеты всё меньше и меньше. Точная формула для скорости ракеты впервые была получена в 1897г. К.Э. Циолковским и поэтому носит его имя.

СЛАЙД 10.

Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935) - великий русский учёный и изобретатель. В детстве почти полностью потерял слух и с 14 лет учился самостоятельно; в 1879 экстерном сдал экзамен на звание учителя, всю жизнь преподавал физику и математику.

Он разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчёта скорости движения ракет, был первым, кто предложил использовать многоступенчатые ракеты.

В 1903г. К.Э.Циолквский разработал схему жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). В США разработкой такого двигателя занимался Р.Годдард. Первые испытания ЖРД были осуществлены под его руководством в 20-х гг. ХХ в. В России жидкостные ракетные двигатели были построены и испытаны в 1930-1931 гг.

СЛАЙД 11.

Полвека спустя идея Циолковского была развита и реализована советскими учёными под руководством Сергея Павловича Королёва (1907-1966).

Под руководством Королева созданы ракеты, первые искусственные спутники Земли, космические корабли «Восток», «Восход », на которых впервые в истории совершены космический полет человека и выход человека в космос.

СЛАЙД 12.

4 октября 1957 года в 22 часа 28 минут московского времени с космодрома Байконур в СССР принял старт первый в мире искусственный спутник Земли (ИСЗ). При поперечнике в 580 мм масса первого спутника составляла 83,6 кг. Он просуществовал 92 дня, а затем сгорел в атмосфере.

СЛАЙД 13.

12 апреля 1961 года Юрий Алексеевич Гагарин (1934-1968) -российский космонавт, летчик-космонавт СССР совершил первый пилотируемый космический полет на корабле «Восток». Совершив полный оборот вокруг Земли за 108 минут, он благополучно вернулся.

За этот полёт космонавт получил звание Героя Советского Союза. С 1962 года 12 апреля объявлен государственным праздником - Днём космонавтики.

Ю.А.Гагарин участвовал в обучении и тренировке экипажей космонавтов. Погиб во время тренировочного полёта на самолёте.

СЛАЙД 14, 15.

Одно из главнейших изобретений человечества в XX веке - это изобретение реактивного двигателя, который позволил человеку подняться в космос.

СЛАЙД 16, 17, 18, 19.

Опре­де­ле­ние: ре­ак­тив­ным дви­же­ни­ем на­зы­ва­ют дви­же­ние, ко­то­рое про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те от­де­ле­ния от тела ка­кой-ли­бо его части или, на­о­бо­рот, если к телу при­со­еди­ня­ет­ся ка­кая-ли­бо часть.

Уравнение движения ракеты

Как связано реактивное движение с импульсом? Если мы рассматриваем тело, в котором находится определенное количество газов (именно за счет газов чаще всего и осуществляется реактивное движение в технике), и если эта масса газов отделяется от тела с большой скоростью, то импульс газов будет равен импульсу самого тела.

m_p^.V_p = m_r^.V_r

Соответственно, скорость ракеты можно определить для данного мгновения времени следующим образом: .

Недостатки уравнения

Важно понимать, как скорость газов влияет на увеличение скорости оболочки, т.е., чем больше скорость вырывающихся газов, тем больше скорость самой оболочки. Заметим, что эта формула записана для мгновенного сгорания газов, а в ракетах не происходит такого – топливо сгорает постепенно.

Реактивное движение бывает двух видов. Реактивное движение само по себе характерно для ракет в космосе. Ракеты летают во всех средах, в том числе и в вакууме, и дело в том, что движение ракет обеспечивается наличием топлива и окислителя для него внутри самой ракеты.

Воздушно-реактивное движение – второй вид реактивного движения, характерный для реактивных самолетов. В этом случае никакой окислитель не нужен, потому что самолет летит в воздушном пространстве и, двигаясь с большой скоростью, прокачивает через себя большое количество воздуха (кислорода), который и окисляет топливо, дает большую температуру сгорания. Образуются газы, которые заставляют двигаться самолет вперед.

Чтобы перемещаться в пространстве, необходимо постоянно увеличивать массу горючего. Так, например, чтобы создать такую ракету, которая преодолела бы силу притяжения Солнца, потребуется масса топлива в 55 раз больше, чем масса самой ракеты.

Устройство ракеты

Если говорить об устройстве ракеты, важно понимать, что все ракеты строятся по одному и тому же принципу. Во-первых, это головная часть. Приборный отсек. Вторая часть – бак с топливом и окислитель. При смешивании этих двух частей происходит возгорание, сгорание топлива. Далее идут насосы обязательно, и обязательно сопло. Форма сопла, того места, откуда вырываются газы, имеет значение. Оказывается, изменение формы позволяет изменять скорость движения. 

Ре­ак­тив­ное дви­же­ние ось­ми­но­га

и ка­ра­ка­ти­цы

VI.Закрепление полученных знаний.

 «ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА»

1) Вопросы:

·        Что такое реактивное движение?

·        Приведите примеры реактивного движения в природе, в технике.

·        Каково назначение ракет?

·        Опишите принцип действия ракеты?

·        От чего зависит скорость ракеты?

·        Кто разработал первый ЖРД?

·        Когда был запущен первый  искусственный спутник Земли?

·        Кто был первым космонавтом и когда был совершён полёт?

2) Задачи.

Задача №1 
Человек, бегущий со скоростью 7 м/с, догоняет тележку, движущуюся со скоростью 2 м/с, и вскакивает на нее. С какой скоростью станет двигаться тележка после этого? Масса человека 70 кг, тележки – 30 кг. 

    Дано:             Решение: 
m1=70 кг      m1v1+m2v2=m3v3 
v1=7 м/с       m3=m1+m2, тогда v3=m1v1+m2v2/m3 
m2=30 кг      v3=(70 кг*7м/с+30 кг*2 м/с)/100 кг=5,5м/с 
v2=2 м/с 
 ________            Ответ:5,5 м/с. 
v3=?

Задача №2 
При формировании железнодорожного состава три сцепленных вагона, движущихся со скоростью 0,4 м/с, сталкиваются с неподвижным вагоном, после чего все вагоны продолжают двигаться в ту же сторону. Найдите скорость вагонов, если масса всех вагонов одинаковая.

Дано:                        Решение: 
m1=3m           m1v1+m2v2=m3v3 
v1=0,4 м/с      m1v1=m3v3, так как v2=0   v3=m1v1/m3 
m2=m            v3=(3m*0,4м/с)/4m=0,3м/с 
v2=0 
m3=4m          Ответ :0,3 м/с. 
________ 
v3=?

V.Домашнее задание.

Повторить § 19-20, выучить § 21, упр. 18 (1-2)

VI.Рефлексия.  Подведение итогов урока.

На этом этапе подсчитываем набранные баллы и выставляем оценку соответственно шкале – рейтинга.

Карточка №1

·         Тележка массой 2 кг, движущаяся со скоростью 3 м/с, сталкивается с неподвижной тележкой массой 4 кг и сцепляется с ней. Чему равна скорость обеих тележек после взаимодействия?

Карточка №2

·         Тело массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с. После взаимодействия со стенкой тело стало двигаться в противоположном направлении со скоростью 2 м/с. Чему равен модуль изменения импульса тела?

                                                Карточка №3

·         На неподвижную тележку массой 100 кг прыгает человек массой 50 кг со скоростью 6 м/с. С какой скоростью начнёт двигаться тележка с человеком?

                                       Карточка №4

Тело массой 500г движется со скоростью 1 м/с. Навстречу ему движется  второе тело массой 200г. После взаимодействия тела движутся в одном   направлении. С какой скоростью движутся тела после взаимодействия?

                                  Карточка №5

Вагон массой 20 т, движущейся со скоростью 0,3 м/с, нагоняет вагон 

массой 30 т, движущейся со скоростью 0,2м/с. Какова скорость вагонов   после взаимодействия, если удар неупругий ? 

                                    Карточка №6

1. Шар массой 100г движется со скоростью 5 м/c. Чему равен импульс шара?

                               Карточка №7
2.Тело массой 200кг, двигаясь со скоростью 0,5 м/с. Каков импульс тела?

 
                                             Карточка №8

1. Автомобиль массой 10 т, двигаясь прямолинейно, увеличил скорость от 10  до 15м/с. Найти изменение импульса.

Урок физики в 9 «А» классе

по теме: «Реактивное движение».

Провела учитель физики: Радионова Е. Я.

Луганская СОШ

2014-2015 учебный год.