Конспект урока по физике Решение задач "Искусственные спутники Земли" (9 класс)

Урок Решение задач «Закон всемирного тяготения. Искусственные спутники Земли»                           9 класс

                                                            Учитель Смирнова С.Г.

                                                            г. Саранск, МОУ «Луховский лицей»

Тип урока: Урок-практикум.

Цель урока: Привить умение применять закон всемирного тяготения при решении расчетных и качественных задач.

 Задачи урока:

Образовательные: повторить закон всемирного тяготения, формулы для первой и второй космической скорости, для движения тела по окружности. Привить умение применять данные формулы при решении задач.

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки самостоятельной работы.

Воспитательные  формировать целостное представление обучающихся о мире (природе, обществе и самом себе), о роли и месте физики в системе наук.

Оборудование:  компьютер учителя, мультимедийный проектор, Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий. “Кирилл и Мефодий”.

Ход урока

1. Орг.момент

2. Организация внимания учащихся

Тема нашего урока: Решение задач «Закон всемирного тяготения. Искусственные спутники Земли»

Сегодня мы повторим закон всемирного тяготения, формулы для первой и второй космической скорости, для движения тела по окружности и научимся применять эти формулы при решении задач

3. Актуализация опорных знаний

Прежде чем перейти к решению задач, предлагаю проверить как вы к этому готовы.

Фронтальный опрос:

1.     Сформулируйте и запишите закон всемирного тяготения

2.     Запишите формулу для центростремительного ускорения тела

3.     Запишите формулу для первой космической скорости

4.     Запишите формулу, связывающую первую и вторую космическую скорость

5.     Запишите формулу для длины окружности

6.     Какой физический смысл имеет гравитационная постоянная?

Решение задач

Задача 1. В результате перехода искусственного спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода радиус орбиты спутника и его скорость движения по орбите вокруг Земли?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

Решение.

На спутник действует только сила притяжения земли

,

где M - масса земли; m - масса спутника; R - радиус орбиты. В соответствии со вторым законом Ньютона, можем записать:

,

где a – играет роль центростремительного ускорения. Отсюда видно, что при уменьшении ускорения, радиус орбиты должен увеличиваться.

Теперь рассмотрим , как изменится скорость движения спутника в зависимости от радиуса орбиты. Подставим вместо ускорения , получим:

.

То есть, при увеличении R, скорость спутника уменьшается.

Ответ: 12.

Задача 2. Две планеты с одинаковыми массами обращаются по круговым орбитам вокруг звезды. Для первой из них сила притяжения к звезде в 4 раза больше, чем для второй. Каково отношение радиусов орбит R1/R2 первой и второй планет?

Решение.

Сила гравитационного притяжения двух тел (в том числе двух планет) определяется формулой

,

где G – гравитационная постоянная; m, M – массы тел; R – радиус орбиты. Примем массу звезды за M, а массы планет за m, тогда силы притяжения будут записаны в виде:

Отсюда находим отношение квадратов радиусов:

или в виде

Так как сила , имеем:

.

Ответ: 0,5.

Задача 3. В результате перехода с одной круговой орбиты на другую скорость движения искусственного спутника Земли уменьшается. Как изменяются в результате этого перехода центростремительное ускорение спутника и период его обращения вокруг Земли?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

Решение.

Период обращения спутника вокруг Земли (при равноускоренном движении по окружности) определяется формулой

,

где R - радиус орбиты; v - скорость спутника. В соответствии с этой формулой, при уменьшении скорости спутника период его обращения вокруг Земли увеличивается. Центростремительное ускорение равно , и при уменьшении скорости, ускорение спутника также уменьшается.

Ответ: 21.

На дом

Задача 1. В результате торможения в верхних слоях атмосферы высота полёта искусственного спутника над Землёй уменьшилась с 400 до 300 км. Как изменились в результате этого кинетическая энергия спутника и период его обращения? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

Решение.

Согласно закону всемирного тяготения, спутник будет притягиваться к Земле с силой

,

где m – масса спутника; M – масса Земли; R – радиус орбиты спутника. По второму закону Ньютона можно записать, что

,

где  - центростремительное ускорение спутника. Объединяя эти два выражения, имеем:

.

Из этой формулы видно, что при уменьшении радиуса орбиты R скорость спутника v возрастает.

Период обращения спутника – это время, затрачиваемое на преодоление одного обращения вокруг Земли. Так как радиус R уменьшился, а скорость движения v – увеличилась, то время одного оборота вокруг Земли уменьшается, следовательно, уменьшается и период обращения спутника.

Кинетическая энергия спутника равна  и при увеличении скорости v она также увеличивается.

Ответ: 12.