НЕТРАДИЦІЙНІ УРОКИ ФІЗИКИ В ШКОЛІ

"РЕАКТИВНИЙ РУХ. РОЗВИТОК КОСМОНАВТИКИ. ВНЕСОК УКРАЇНСЬКИХ УЧЕНИХ У РОЗВИТОК КОСМОНАВТИКИ"

Урок-занурення

 

Мета. З’ясувати поняття «реактивний рух», розглянути будову і рух ракети; поглибити знання учнів про закон збереження імпульсу; розкрити ідею К. Е. Ціолковського та українських учених про використання ракет для космічних польотів; виховувати у дітей почуття патріотизму і гордості за вітчизняних учених.

Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу.

Обладнання. Сегнерове колесо, посудина з водою, таблиці, плакати, кінофільм «Політ космічного корабля», графо-проектор.

Методичні поради. На даному уроці важливо не лише вивчати реактивним рух, але й заглибитися («зануритися») в історію розвитку космонавтики та освоєння космічного простору. Попередньо учні мають підготовити короткі повідомлення.

Структура уроку

І. Актуалізація опорних знань (5 хв.).

II. Вивчення нового матеріалу (30 хв.).

III. Підсумок та закріплення вивченого матеріалу (8 хв.).

IV. Домашнє завдання (2 хв.).

 

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань учнів

Актуалізація опорних знань здійснюється у формі короткочасної самостійної роботи. За допомогою графо-проектора проектуються завдання самостійної роботи.

Варіант І.

1. Імпульсом тіла називають добуток ... на ....

2. Імпульс сили вимірюють у ...

3. Вектор імпульсу тіла напрямлений так, як ...

4. Дописати формулу: Δt = ...

5. Невагомість це ...

6. Закон збереження імпульсу читається так: ...

Варіант II.

1. Імпульсом сили називають добуток ... на...

2. Імпульс тіла вимірюють у ...

3. Вектор імпульсу сили напрямлений так, як...

4. Дописати формулу: m11 + m22 = ...

5. Перевантаження це....

6. Замкнутою системою тіл називається...

 

II. Вивчення нового матеріалу

Цікавим і важливим випадком прояву і практичного використання закону збереження імпульсу є так званий реактивний рух. Сьогодні ми з’ясуємо, що таке реактивний рух, які особливості цього руху, де широко використовується цей рух.

Ми вже знаємо, що тіла утворюють замкнену систему, якщо вони взаємодіють лише одне з одним. Не змінюючи механічного стану системи в цілому, взаємодія може призводити до зміни механічного стану тіл, які її утворюють. Реактивним називається рух, який відбувається внаслідок відділення частини системи.

Особливість цього руху полягає в тому, що прискорення чи гальмування тіла відбувається без будь-якої взаємодії з навколишніми тілами. Де можна побачити реактивний рух? Звернемося до досліду. (Проводиться дослід зі сегнеровим колесом. Учитель звертає увагу на те, що рух колеса починається тоді, коли виливається вода, а взаємодіють, тут колесо і вода.)

А де ви вже могли бачити такий вид руху? (Учні відповідають: поливання клумби;рух медуз, кальмара, «скаженого» огірка.)

Але особливо широкого застосування такий рух набув у ракетній техніці. Розглянемо будову реактивної ракети. (Вивішується схема будови ракети.) Вона складається з таких основних частин (мал. 1):

 

 

Мал. 1.

 

1. - головна частина ракети (корисний вантаж: наукові прилади, космонавти);

2. - паливо;

3. - окислювач;

4. - насоси;

5. - камера згоряння;

6. - реактивне сопло.

Учитель звертає увагу на призначення кожної частини. Газ, що утворюється у камері згоряння, і корпус ракети — це система двох взаємодіючих тіл.

Гас є відокремлюваною частиною ракети.

Перед стартом ракети її імпульс відносно Землі дорівнює нулю. Внаслідок взаємодії з корпусом ракети газ, що викидається через сопло, дістає деякий імпульс. Поки що вважатимемо, що сили притягання до Землі немає. Тоді ракета буде замкнутою системою, тому її загальний імпульс і після запуску повинен дорівнювати нулю. Отже, оболонка ракети з усім, що є в ній, також дістане імпульс, який за модулем дорівнює імпульсу газу, але протилежний за напрямом.

 

 

Мал. 2.

 

Припустимо спочатку, що весь газ, який утворюється під час згоряння палива, викидається з ракети вмить, а не поступово. Тоді внаслідок взаємодії і газ, і ракета набувають певної швидкості, а значить, мають імпульс (мал. 2):

Звідси:

З останньої формули бачимо, що швидкість корпуса тим більша, чим більше відношення маси газу до маси корпуса ракети.

Насправді, якщо, наприклад, швидкість газів 2000 м/с, то щоб швидкість ракети дорівнювала 8000 м/с, потрібно, щоб відношення mr/mp = 55, а якщо ракета летітиме на іншу планету і повертатиме назад, то маса палива повинна бути в 1000 разів більша за масу корпуса.

На відміну від інших транспортних засобів, ракета може рухатись, не взаємодіючи з жодними іншими тілами, крім продуктів згоряння палива, що містяться в ній самій. Саме тому ракети використовують для запуску штучних супутників Землі та космічних кораблів, а також для їхнього переміщення в космічному просторі. Там їм немає на що спиратися і ні від чого відштовхуватись, як це роблять земні засоби транспорту. У разі потреби ракету можна гальмувати. Саме так роблять космонавти, коли після закінчення польоту вони гальмують, щоб повернутися на Землю. Зрозуміло, що для цього газ із сопла повинен вилітати в той самий бік, куди рухається ракета.

Ідею використання реактивних двигунів для космічних польотів запропонував М. І. Кибальчич, наш український учений. Ми більше знаємо його як революціонера-народовольця. Особлива його біографія. (Учень зачитує коротку біографію.)

Микола Іванович Кибальчич — відомий революціонер, учений, народився у 1854 році в місті Короп на Чернігівщині. Закінчивши школу, їде в Петербург, де вступає до Політехнічного інституту. Зразу ж поринає в революційне життя. Бере участь у роботі газолабораторії в Петропавлівській фортеці. Працює над виготовленням пороху, снарядів і різних вибухових бомб.

Це було на той час новим у науці. Розробляє проект бомби, якою було здійснено замах на царя Олександра II.

Перебуваючи у камері, він написав трактат, де навів рецепт реактивного палива, повністю розробив подачу і згоряння палива в ракеті, розробив багатоступінчасті та багатокамерні ракети, запропонував змінювати кут нахилу двигуна і в такий спосіб керувати рухом ракети. У 1881 році у 27-річному віці був страчений за участь у замаху на Олександра II.

Ідею Кибальчича продовжили українець Ю. В. Кондратюк та К. Е. Ціолковський. Хто такий Юрій Кондратюк? (Учень зачитує коротку біографію.)

 

 

Мал. 3.

 

Юрій Васильович Кондратюк (мал. 3) народився 1897 року у Полтаві. Справжнє ім’я — Олександр Гнатович Шаргей. Навчався в Полтавській гімназії, яку закінчив з відзнакою. У 1916 році вступає до Петербурзького політехнічного інституту. Проте через рік його забирають у Білу армію. Служить на Кавказі.

Але у 1920 році, щоб уникнути переслідувань, він змінює своє ім’я і прізвище, кидає армію і працює слюсарем. Проте весь час продовжує займатись фізикою.

У 1925 році він закінчує роботу про міжпланетні подорожі. Ця робота отримала високу оцінку професора Ветчинкіна, але не була надрукована. У 1927 році працює в Новосибірську техніком-механіком.

У своїй праці він вперше запропонував проект міжпланетного космічного корабля, вивів рівняння його польоту, запропонував ідею багатоступінчастих ракет для польотів на інші планети.

Після польоту до планети ракета, за ідеєю Ю. Кондратюка, ділиться на дві частини, одна з яких рухається навколо планети, а інша здійснює посадку. Саме ця ідея була використана американськими вченими при польотах кораблів «Аполлон» на Місяць у 1969 році.

Юрій Кондратюк розробив ідею теплового захисту космонавта, ідею ракетних космічних баз, які широко використовують у сучасній космонавтиці. Але у 1930 році за доносом він і його товариші були заарештовані «за шкідництво». У 1932 році Орджонікідзе оголошує конкурс на кращий проект вітрової електростанції. Проект Ю. Кондратюка було визнано кращим і. його було звільнено з-під арешту.

Пізніше Ю.Кондратюк бере участь у розробці проекту телевізійної вежі (за цим проектом була згодом побудована Останкінська вежа). У 1941 році Ю. Кондратюк йде на фронт рядовим у роту зв’язку, а 23 лютого 1942 року він загинув під час оборони Москви.

Але так склалось, що основоположником космонавтики вважається К. Е. Ціолковський (коротку біографію зачитує учень).

 

 

Мал. 4.

 

Костянтин Едуардович Ціолковський (мал. 4) народився у 1857 році в Калузі. Це видатний російський учений і винахідник, основоположник космонавтики. Він розробив проекти суцільнометалевого дирижабля змінного об’єму, суцільнометалевого літака, до якого конструктори прийшли через 20 років. Він висунув ідею використання ракет для польотів у космос.

Саме в галузі космічних польотів К. Ціолковський здобув важливі результати. Запропоновані ним ідеї, що стосуються ракет, ракетних двигунів, космічних польотів, мали великий вплив на розвиток космонавтики.

Але здійснити мрію цих учених удалося С. П. Корольову. (Коротку біографію зачитує учень.)

 

 

Мал. 5.

 

Сергій Павлович Корольов (мал. 5) народився 12 січня 1907 року у Житомирі. У 1924 році закінчив першу Одеську будівельну профшколу і восени того ж року був зарахований на перший курс Київського політехнічного інституту, а через два роки перейшов на навчання до Московського вищого технічного училища, яке закінчив у 1930 році.                                                                                        

С. П. Корольов — конструктор низки оригінальних планерів. Особистий контакт з Ціолковським, знайомство з його творами сприяли початку фундаментальних наукових досліджень у галузі ракетної техніки. З 1934 року Корольов очолює відділ ракетних літальних апаратів. Розробляє низку проектів керованих ракет, ракетопланів, балістичних ракет. Він — найвидатніший конструктор ракетно-космічних систем.

Створив велику наукову школу. Автор численних наукових праць. Двічі удостоєний Ленінської премії (1956, 1961 рр.), йому присвоєно звання Героя соціалістичної Праці. Помер 14 січня 1966 року, похований на Червоній Площі у Кремлівській стіні.

Пригадаємо деякі факти, що висвітлюють етапи освоєння космосу (користуємось таблицею «Освоєння космосу» та плакатами із портретами С. Корольова, Ю. Гагаріна, (мал. 7) В. Терешкової, зображеннями зовнішньої форми перших ШСЗ, (мал. 6)).

 

 

Мал. 6.

 

4 жовтня 1957 року — перший ШСЗ піднявся на висоту 947 км, викликав захоплення всього світу: 92 дні він літав навколо нашої планети.

3 листопада 1957 року — другий ШСЗ з собакою Лайкою літав 5 місяців 11 днів. Цей політ показав, що живі організми можуть жити в космосі.

15 серпня 1960 року — космічний корабель з двома собаками Білкою і Стрілкою та іншими живими організмами — мишами, живими рослинами — зробив 17 обертів і благополучно приземлився.

Проте світ чекав нового досягнення. І ось 12 квітня 1961 року о 9 год. 7 хв. за московським часом корабель «Восток» з людиною на борту піднявся у космос. Облетівши планету, він повернувся на Землю. Політ тривав 108 хвилин. Піонером освоєння  космосу був Юрій Гагарін. (Ведеться коротка розповідь про космонавта, демонструється література про Ю. Гагаріна.)

 

 

Мал. 7.

 

Червень 1963 року — вперше жінка в космосі. Груповий політ В. Терешкової і В. Биковського.

21 липня 1969 року — висадка людей на Місяць. Першими астронавтами, які побували на поверхні Місяця, були американці Нейл Армстронг і Едвін Олдрін. (мал. 8)


 

Мал. 8.

 

Уже у 1967 році навколо Землі, Місяця і Сонця оберталося 1200 ШС, а в 1975 році — 7000. У 1986 році два радянські космічні кораблі «Вега-1» і «Вега-2» з близької відстані дослідили комету Галлея, що наближається до Сонця кожні 76 років.

Сьогодні працюють цілі космічні лабораторії, у світі близько 250 космонавтів, рекордне перебування людини в космосі — 366 днів.

Що ж дає запуск цих космічних апаратів, яке призначення, які земні професії виконують ШСЗ? (Переглядаємо фрагмент кінофільму «Політ космічного корабля».)

Після перегляду разом з учнями робимо підсумок, що за допомогою ШСЗ здійснюють:

1. метеорологічні дослідження (температуру, снігові й пилові бурі, магнітне поле Землі, радіаційні пояси);

2. наукові дослідження планет, супутників, Сонця, комет, верхніх шарів атмосфери;

3. радіо - і телезв’язок, комунікаційні канали зв’язку.

 

III. Підсумок та закріплення вивченого матеріалу

Пропонується учням уявити, що їм сниться сон, ніби вони перебувають в космічному кораблі на навколоземній орбіті. Прокинувшись і подивившись у ілюмінатор, бачать, що корабель рухається, а шуму моторів не чути. Перевіривши, переконались, що супутник рухається без допомоги двигунів.

Запитання:

1. Яка сила утримує ШСЗ на орбіті навколо Землі? (Сила тяжіння Землі, яка є доцентровою силою (мал. 9.)

 

 

Мал. 9.

 

2. А чи можна створити супутник, який рухатиметься навколо Землі дуже довго без двигунів? (Так, але треба, щоб було достатньо високо, де немає атмосфери Землі.)

3. Чому тіла в супутнику перебувають у стані невагомості? (Бо вони і супутник рухаються з однаковим за модулем прискоренням.)

4. У космічному кораблі є металева посудина з питною водою. У дні посудини зроблено отвір. Що буде з водою? (Вода не буде виливатись.)

5. Як в умовах невагомості перелити воду з однієї посудини в іншу? (Видавити стисненим повітрям або натиснути на стінки посудини, якщо вони еластичні.)

6. У космічному кораблі, що рухається по орбіті, у банку з водою вкинули металевий ключик. Чи потоне він? Чому? (Ні.)

7. Чи можна звичайним термометром користуватись на ШСЗ? (Так.)

8. Яким годинником можна користуватись у ШСЗ: пісочним, маятниковим чи пружинним? (Пружинним.)

9. Астронавти здійснюють політ із Землі на Місяць. Протягом якого часу вони будуть у невагомості? (З моменту вимкнення двигунів після вильоту з поверхні Землі до моменту ввімкнення перед посадкою.)

10. Два ШСЗ різної маси запущено на однаковій висоті над поверхнею Землі. Чи однакові у них модулі швидкостей? Чому? (Від маси швидкість не залежить.)

Дякуємо учням за активну участь у «космічній подорожі». Особливо тим, які були активними під час розгляду запитань, а також учням, які підготували повідомлення про визначних українських учених.

 

IV.  Домашнє завдання

§§ 42,43. Підготувати розповідь про першого космонавта незалежної України Леоніда Каденюка (за бажанням, 1-2 учні).




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити