Музейный урок "К звездам" (9-10 класс)

ПРЕДЭКСКУРСИОННЫЙ УРОК

К звездам

Методические особенности темы.

Роль законов сохранения в механике и в других разделах физики огромна.  Они позволяют сравнительно простым путем, не рассматривая действующие на тела силы, решать ряд практически важных задач. Законы сохранения, открытые в механике применимы как к телам обычных размеров, так и к космическим телам и элементарным частицам. Они играют в природе огромную роль,  выходящую далеко за рамки самой механики. Даже в тех условиях, когда законы механики Ньютона применять нельзя, законы сохранения импульса, энергии и момента импульса не теряют значения. Именно всеобщность законов сохранения, их применимость ко всем явлениям природы, а не только к механическим делает эти законы столь значительными.

Цель: обобщить знания обучающихся по теме «Импульс тела. Закон сохранения импульса», познакомиться с особенностями реактивного движения, раскрыть  прикладное значение закона сохранения импульса на примере реактивного движения.

Тип урока: урок обобщения и освоения новых знаний.

Основные термины и понятия: импульс материальной точки, импульс силы, замкнутая физическая система, закон сохранения импульса, реактивное движение,

Формы организации работы на уроке: групповая, индивидуальная.

Оборудование: компьютер, видеопроектор, воздушные шарики, прибор для

                         демонстрации закона сохранения импульса.

Формируемые универсальные учебные действия

Познавательные УУД	–формировать умения поиска и выделения необходимой информации, работы с информационными текстами; – понимать заданный вопрос и в соответствии с ним строить ответ в устной и письменной формах; – проводить сравнение и классификацию объектов по выделенным признакам; – устанавливать причинно-следственные связи;
Регулятивные УУД	– формировать умение участвовать в коллективном обсуждении проблемы, интересоваться чужим мнением, высказывать свое; – умение определять критерии изучаемого объекта; – умение следовать инструкциям по выполнению работы; – оценивать совместно с педагогом результаты своих действий.
Коммуникативные УУД	– формирование опыта взаимодействия, совместной деятельности и общения; – умений слушать и обосновывать свое мнение; – умений выражать свои мысли и идеи.
Личностные УУД	– формирование умений нравственно-эстетического оценивания усваиваемого содержания

Ход урока.

 Организация учебной деятельности.

 Класс делится на 4 группы:

- теоретики;

- эспериментаторы;

- биологи;

- историки.

 (к уроку каждая группа готовит небольшие сообщения )

Сообщение темы и цели урока (слайд 1,2).

1. Актуализация знаний.

«Полетный» опрос обучающихся.

1.Какие кратковременные взаимодействия в природе вам известны?

2. Для чего необходимо ввести понятие «импульс тела»?

3. Что называется импульсом (количеством движения)?

4. Кто впервые ввёл в механику понятие импульса?

5.Назовите единицы измерения импульса тела в СИ.

6. Почему импульс – векторная величина?

7. Является ли импульс инвариантной величиной?

8. Что такое импульс силы? В каких единицах измеряется импульс силы?

9. Как читается закон сохранения импульса?

10. При каком условии выполняется закон сохранения импульса?

11. Что такое замкнутая система?

Теоретический материал к первому блоку( работа обучающегося у доски).

1.Второй закон Ньютона ma=F можно записать в иной форме, которая приведена самим Ньютоном в его главном труде «Математические начала натуральной философии». Если на тело (материальную точку) действует постоянная сила, то постоянным будет и ускорение тела, , где v₂, v₁ – конечное и начальное значения скорости тела. Подставив это значение ускорения во второй закон Ньютона, получим  = F или mּv₂-mּv₁=FּΔt (1) В этом уравнении появляется новая физическая величина - импульс тела. Из уравнения (1) следует, что импульс силы равен изменению импульса тела.

2.Закон сохранения импульса (слайд 3). Демонстрация закона сохранения импульса.

2. Решение качественных и расчетных задач с применением закона сохранения импульса.

Устные задания (разминка) (слайд 4 - 7).

1. Тележка массой 100 г движется со скоростью 5 м/с. Её импульс равен:

а) 0,5 кг·м/с    б) 5 кг·м/с      в) 50 кг·м/с    г) 0 кг·м/с  (а)

2. Тело массой 2 кг движется согласно уравнению X = 2 – 8t. Следовательно, модуль импульса тела равен:

а) 2 кг·м/с       б) 4 кг·м/с      в) 8 кг·м/с      г) 16 кг·м/с  (г)

3. Выберите условие выполнения закона сохранения импульса.

а) В поле внешних сил. б) В замкнутой системе тел. в) В неинерциальной системе отсчёта. г) В движущейся прямолинейно системе отсчёта. (б)

4.  На тележку массой 2 кг, катящуюся по арене цирка со скоростью 0,5 м/с, прыгает собака массой 3 кг со скоростью 1 м/с, направленной горизонтально по ходу  тележки. Определите скорость движения тележки с собакой.

а) 1 м/с       б) 2 м/с      в) 0,8 м/с      г) 0,4 м/с (в).

Задачи для решения в рабочей тетради (слайд 8).

1. На вагонетку массой 800 кг, катящуюся по горизонтальному пути со скоростью 0,2 м/с, насыпали сверху 200 кг песка. Какой стала после этого скорость вагонетки?

2. Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с , нагоняет вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0,2 м/с. Какова скорость вагонов после того, как сработает сцепка?

3. Какую скорость приобретёт лежащее на льду чугунное ядро, если пуля, летящая горизонтально со скоростью 500 м/с , отскочит от него и будет двигаться в противоположном направлении со скоростью 400 м/с? Масса пули 10 г, масса ядра 25 кг.

3. Практическое применение закона сохранения импульса.

Большое значение имеет закон сохранения импульса для исследования реактивного движения. 

Вопрос: какое движение называют реактивным? (слайд 9)

Эксперимент: Надуйте резиновый детский шар, не завязывая отверстия, выпустите его из рук. Что произойдет? Почему? Движение шарика является примером реактивного движения. Воздух в шаре создает давление на оболочку по всем направлениям. Если отверстие в шарике не завязывать, то из него начнет выходить воздух, при этом сама оболочка будет двигаться в противоположном направлении. Это следует из закона сохранения импульса: импульс шара до взаимодействия равен нулю, после взаимодействия они должны приобрести равные по модулю и противоположные по направлению импульсы, т. е. двигаться в противоположные стороны.

Сообщения обучающихся о реактивном движении ( примерные ).

Группа экспериментаторов. Реактивное движение используется людьми давно. Во время праздничного фейерверка мало кто задумывается, что такая красота невозможна без реактивного движения. Первые пороховые фейерверочные и сигнальные ракеты были применены в Китае в 10 веке (слайд 10).

Герон Александрийский – греческий механик и математик.  Одно из его изобретений носит название «шар Герона». В шар наливали воду и нагревали над огнем. Вырывающийся из трубки пар начинал вращать шар. Эта установка иллюстрирует реактивное движение. (слайд 11).

Сегнерово колесо — двигатель, основанный на реактивном действии вытекающей воды. Первая в истории гидравлическая турбина.
Расположенное в горизонтальной плоскости колесо без обода, у которого спицы заменены   трубками с отогнутыми концами так, что вытекающая из них вода приводит сегнерово колесо во вращение. Изобретено Иоганном Зегнером. (слайд 12).

Реактивное движение давно прочно вошло в нашу жизнь, и занимает большое место в современной технике: космической, военной, на транспорте. Проявления реактивного движения (отдачу) приходится учитывать при конструировании оружия, в спорте: при катании на скейтборде и коньках, метании ядра и т.д.(слайд 13)
Отдача – движение ствола или орудия в целом под давлением пороховых газов на дно орудия или оружия. Отдача производит движение его в сторону, обратную выстрелу, и давит на опору оружия — плечо стреляющего. Чем больше начальная скорость, масса снаряда и меньше масса орудия, тем отдача больше. Явление отдачи наблюдается при нырянии с лодки в воду или прыжке с лодки на берег, при соскакивании со скейтборда и т.д. Если стоя на роликовых коньках бросить вперёд мяч, то сам откатываешься назад. При одновременном броске двух мячей, приобретаемая скорость становится больше и дальность отката увеличивается. Результат отдачи зависит от массы и скорости отделяющегося тела или вещества. Наблюдаемое явление полностью согласуется с законом сохранения импульса. Явление отдачи мы наблюдаем в душе. При большом напоре душ отклоняется сильнее. Возникает значительная отдача при использовании мощного брандспойта.

Группа биологов. Реактивное движение свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам. Все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км/час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму.(слайд 14).

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.«Бешеный огурец» - так в народе называют колючеплодник,  Это однолетнее декоративное растение-лиана семейства тыквенных. Распространён бешеный огурец главным образом в Причерноморье, на побережье, встречается почти во всей юго-восточной Европе, способен, особенно при случайном касании животными, ногой или рукой человека стремительно, резко отрываться, отскакивать от плодоножки, с силой выбрасывая наружу под значительным давлением многочисленные семена, которые могут отлетать на довольно значительное расстояние в несколько метров (слайд 15).

4. Движение ракеты (рассказ учителя).

Принцип реактивного движения применяется в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полетов могут быть использованы только ракеты (слайд 16).

Всякая ракета – это система двух тел. Она состоит из оболочки и содержащегося в ней топлива. Оболочка имеет форму трубы, один конец которой закрыт, а другой открыт и снабжен трубчатой насадкой с отверстием особой формы – реактивным соплом. Топливо при запуске ракеты сжигается и превращается в газ высокого давления и высокой температуры. Благодаря высокому давлению этот газ с большой скоростью вырывается из сопла ракеты. Оболочка ракеты устремляется при этом в противоположную сторону.

Если импульс выброшенных газов равен m_гυ_г , а импульс ракеты m_рυ_р , то из закона сохранения импульса: m_рυ_р = m_гυ_г.. Следовательно

  υ_р = ,

Таким образом скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов υ_г и чем больше отношение  (слайд 17). Эта формула получена в предположении, что газ выбрасывается из ракеты мгновенно. На самом деле он вытекает не сразу, а постепенно. Поэтому истинная формула для скорости ракеты несколько отличается от выведенной нами. Впервые точная формула для скорости ракеты была выведена К.Э. Циолковским и потому носит его имя. Согласно расчетам, проведенным по формуле Циолковского, для сообщения ракете скорости, превышающей скорость истечения газов всего лишь в несколько раз, необходимо, чтобы начальная масса ракеты (вместе с топливом) превосходила конечную («сухую») в несколько десятков раз. Таким образом, «львиную» долю от всей массы ракеты на старте должна составлять масса рабочего тела (топлива).Главная особенность реактивного движения состоит в том, что ракета может как ускоряться, так и тормозиться и поворачиваться без какого-либо взаимодействия с другими телами в отличие от всех других транспортных средств.

Задачи для решения в рабочей тетради.

1. Определить скорость  ракеты, если выход газов происходит со скоростью 300 м/c. До взлета масса ракеты с горючим равна 600 г, а горючего – 350 г.

2. На космическом аппарате, находящемся вдали от Земли, начал работать

 реактивный двигатель. Из сопла ракеты ежесекундно выбрасывается 2 кг

 газа со скоростью V=500 м/с. Исходная масса аппарата М= 500 кг.

Какую скорость приобретет аппарат, пройдя расстояние S=36 м ?

Начальную скорость аппарата принять равной нулю. Изменением массы

аппарата за время движения пренебречь.

5. Хроника космической эры.

Группа историков.

 Покинуть поверхность Земли и подняться в небо мечтали еще древние греки. До наших дней сохранился миф об Икаре, который полетел к Солнцу на крыльях, склеенных воском, но воск растаял, и храбрец упал в море. От мифов до научных проектов прошли века.
Яркую страницу в историю отечественной науки вписал Н.И.Кибальчич (1853-1881) - ученый и революционер. Осужденный за участие в убийстве императора Александра II, Кибальчич из камеры смертников Петропавловской крепости за 10 дней до казни подал администрации тюрьмы описание своего изобретения. Но царские чиновники не обратили внимания на этот проект (слайд 18).
Жюль Верн, современник К.Э.Циолковского, следил за всеми техническими новинками того времени. Хотя ракеты были давно известны, писатель отправил свой корабль на Луну из пушки ("Из пушки на Луну", 1867). И никто из ученых не задумывался над использованием принципа реактивного движения для полетов в космос.
На пороге XX в. дорогу в космос указал К.Э.Циолковский (1857-1935) - ученый-мечтатель из Калуги (слайд 19). Он первым увидел в ракете не только игрушку, забаву, фейерверк для развлечения, а аппарат, который позволит человеку стать "гражданином Вселенной". Идеи Циолковского о космических полетах были настолько смелы и оригинальны, что современники считали их утопией, и никто по достоинству не смог оценить его труд "Исследования мировых пространств реактивными приборами" (1903). Прошли революции и войны, и в нашей стране стал расти интерес к проблеме ракетных двигателей.
В 1921 г. была создана опытно-конструкторская лаборатория для разработки ракет на бездымном порохе.
17 августа 1933 г. в Нахабине, под Москвой, осуществлен первый успешный запуск жидкостной ракеты "ГИДР-09", разработанной С.П.Королевым. (слайд 20 ).

Хроника начала космической эры (примерная презентация)

Первый искусственный спутник – 4 октября 1957 года.

Вес – 83,6 килограмма. Просуществовал 94 дня, сделал 1440 оборотов вокруг Земли.

Второй искусственный спутник – 3 ноября 1957 года.

Вес – 508,3 килограмма. На его борту находилось подопытное животное – собака Лайка. Просуществовал 163 дня, сделал 2370 оборотов вокруг Земли.

Третий искусственный спутник – 15 мая 1958 года.

Вес – 1327 килограммов. Просуществовал около двух лет, сделал более 10 тысяч оборотов вокруг Земли.

Первая космическая ракета – 2 января 1959 года.

Вес – 1472 килограмма. Превратилась в искусственный спутник Солнца.

Вторая космическая ракета – 12 сентября 1959 года.

Вес – 1511 килограммов. Доставила вымпел с

Государственным гербом Советского Союза на Луну.

Третья космическая ракета – 4 октября 1959 года.

Вес – 1553 килограмма. Облетела Луну, сфотографировала ее обратную сторону и передала изображение на Землю.

Первый космический корабль-спутник – 15 мая 1960 года.

Вес – 4540 килограммов. На его борту находилась герметичная кабина с грузом, имитирующим вес человека.

Второй космический корабль-спутник – 19 августа 1960 года.

Вес – 4600 килограммов. На его борту находились собаки Стрелка и Белка. В спускаемом аппарате подопытные животные успешно возвратились на Землю.

Третий космический корабль-спутник – 1 декабря 1960 года.

Вес – 4563 килограмма.

Тяжелый искусственный спутник Земли – 4 февраля 1961 года.

Вес – 6483 килограмма.

Космическая ракета к планете Венера – 12 февраля 1961 года.

Запущена с тяжелого спутника Земли. Вес автоматической межпланетной станции – 643,5 килограмма.

Четвертый космический корабль-спутник – 9 марта 1961 года.

Вес – 4700 килограммов. На его борту находились манекен пилота-космонавта и собака Чернушка, возвратившаяся на Землю в спускаемом аппарате.

Пятый космический корабль-спутник – 25 марта 1961 года.

Вес – 4695 килограммов. На его борту находились манекен пилота-космонавта, собака Звездочка и другие биологические объекты.

Все обитатели корабля благополучно возвратились на Землю в спускаемом аппарате.

Первый в мире космический корабль-спутник с человеком на борту «Восток» – 12 апреля 1961 года.

Вес корабля – 4725 килограммов, продолжительность полета 108 минут.

Облетев планету, корабль приблизился к Земле. Спускаемый аппарат и космонавт благополучно приземлились в заволжской степи недалеко от Саратова.

Пилот-космонавт – Ю. А. Гагарин.

Знаменитый американский астронавт Нейл Армстронг, первым ступивший на Луну, сказал о Гагарине:

«Он всех нас позвал в космос».

6. Подведение итогов.

7. Домашнее задание: повторить § 39 -42 (физика 10), выполнить зание №       в рабочей тетради, подготовить сообщение по темам «Женщины в космосе», «Первый человек на Луне», « Живые организмы в невесомости».

Краткое описание документа:

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по уроку-мероприятию «К звездам» Аннотация. Мероприятие «К звездам» является внеурочной формой образовательной деятельности, предназначенной для школьников 10 классов (группа до 25 человек), проводится в три этапа. Длительность мероприятия (с дорогой) составляет 2,5–3 часа. Цель: формирование ключевых и предметных компетенций путем углубления и обобщения знаний обучающихся по теме «Импульс тела. Закон сохранения импульса», ознакомление с особенностями реактивного движения, основными этапами освоения космоса и принципом работы реактивных двигателей для ракетно-космической техники. Задачи: 1. Актуализировать знания обучающихся о следующих понятиях: импульс материальной точки, импульс силы, замкнутая физическая система, реактивное движение. 2. Совершенствовать навыки решения задач по теме «Закон сохранения импульса» с использованием соответствующего алгоритма. 3. Показать практическое значение закона сохранения импульса на примере реактивного движения. 4. Расширить кругозор учащихся путем осуществления межпредметных связей (внешних: физика, биология, история; внутренних: физика и техника, бионика). 5. Формировать политехнические знания при объяснении применения принципа реактивного движения для создания двигателей летательных аппаратов. 6. Содействовать формированию гражданского патриотизма, любви к Родине, чувства гордости за свою страну. 7. Способствовать профессиональной ориентации обучающихся, популяризации ракетно-космической техники среди молодежи. Планируемые результаты Личностные -формирование умений управлять своей учебной деятельностью; - формирование интереса к физике при анализе физических явлений; -формирование способности к эмоциональному восприятию физических объектов, умению слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать инициативу и активность при решении физических задач; -формирование умения работать в группах. Предметные - овладение базовыми знаниями об импульсе, реактивном движении, организация усвоения основных понятий по данной теме; -овладение знаниями о практическом применении закона сохранения импульса и реактивного движения в природе и технике; - умение интерпретировать научную информацию, полученную из разных источников. Метапредметные - развивать умение понимать и использовать средства наглядности (чертежи, модели, схемы); -развивать понимание сущности алгоритмических предписаний и умение действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом; -развитие умения вырабатывать идеи, выявлять причинно-следственные связи, анализировать факты при наблюдении и объяснении явлений; - умение оценивать выполняемую учебную задачу и возможности ее решения. Формируемые универсальные учебные действия Познавательные УУД -умение осуществлять поиск и отбор необходимой информации, её структурирование, логические действия и операции, способы решения задач; -понимание заданного вопроса и в соответствии с ним построение ответа в устной и письменной формах; – умение проводить сравнение и классификацию объектов по выделенным признакам; – устанавливать причинно-следственные связи; – проводить необходимые расчеты. Регулятивные УУД – формировать умение участвовать в коллективном обсуждении проблемы, интересоваться чужим мнением, высказывать свое; – умение определять критерии изучаемого объекта; – умение следовать инструкциям по выполнению работы;– оценивать совместно с педагогом результаты своих действий. Коммуникативные УУД – формирование опыта взаимодействия, совместной деятельности и общения; – умений слушать и обосновывать свое мнение;– умений выражать свои мысли и идеи. Личностные УУД – формирование умений нравственно-эстетического оценивания усваиваемого содержания Структурный план внеурочного мероприятия Характеристика деятельности учителя Дли-тель-ность Характеристика деятельности обучающегося Подготовительный этап – пред экскурсионный урок Обобщение учебного материала на тему: «Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение». 115 мин. Выполнение заданий, размещенных в части I рабочей тетради для внеурочного мероприятия, работа в группах. Постановка перед обучающимися целей и задач выездного мероприятия, объяснение домашнего задания. 15 мин. Внеурочное мероприятие – экскурсия Проведение организационных действий, направленных на обеспечение безопасности обучающихся во время переезда из школы к зданию музея, а также в течение экскурсии. Время в пути Соблюдение обучающимися правил безопасности и дисциплины во время переезда из школы к зданию музея, во время проведения экскурсии. Содействовать экскурсоводу музея в стимулировании активности обучающихся при проведении экскурсии, фиксация активности обучающихся. Формировать у обучающихся умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными во время экскурсии, помочь обучающимся правильно сформулировать вопросы к экскурсоводу в конце экскурсии. 60 мин. Знакомство с экспозицией музея под руководством экскурсовода, участие в выполнении практических заданий, предлагаемых экскурсоводом. Продолжать развивать у обучающихся мыслительные операции: умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными во время экскурсии, помочь обучающимся правильно сформулировать вопросы к экскурсоводу в конце экскурсии. Вести записи во время экскурсии, анализировать документы экспозиции, задать четкие вопросы. Постэкскурсионный этап Объяснение выполнения домашнего задания по итогам экскурсии, размещенного в рабочей тетради внеурочного мероприятия. Получение домашнего задания, уяснение порядка его выполнения. Обмен впечатлениями от посещения музея.Выполнение заданий, размещенных в части II рабочей тетради для внеурочного мероприятия. Осуществление эмоциональной и результативной оценки мероприятия. План проведения экскурсии в выставочном центре АО КБХА 1. Общая информация о вкладе Воронежа и воронежских предприятий в создание ракетно-космической техники на принципах реактивной тяги в России; 2. Начальный этап становления Конструкторского бюро химавтоматики – 1941-1946 годы. Разработка агрегатов непосредственного впрыска топлива в моторы боевых самолетов; 3. Послевоенный этап развития КБХА – 1946-1961 годы. Первые разработки реактивных двигателей для истребителей-перехватчиков, зенитных управляемых ракет и первых космических ракет; 4. Жидкостные ракетные двигатели на различных компонентах топлива для космических ракет «Восток», «Восход», «Молния», «Союз», «Протон»; 5. Применение реактивной тяги в космосе: двигатель для коррекции первых в мире долговременных орбитальных станций серии «Алмаз-Салют»; 6. Газодинамический лазер и ядерный ракетный двигатель – технологии опередившие время. Перспективы применения реактивной тяги с использованием ядерной энергии для дальних межпланетных перелетов; 7.Кислородно-водородный ракетный двигатель тягой 200 тонн для сверхтяжелой ракеты «Энергия». Инженерно-технические особенности создания; 8. Перспективные ракетные двигатели. Предельные возможности реактивной тяги в освоении космического пространства. Проблема экзопланет и возможности добраться до них – задача будущих поколений; 9.Реактивная тяга на службе обороны страны. Ракетные двигатели, разработанные в КБХА для межконтинентальных стратегических ракетных комплексов.