Вопросы
взаимоконтроля
Что называют импульсом тела?
Какая это величина: векторная или
скалярная?
Какое направление имеет импульс?
Что называют импульсом силы?
Единица импульса тела…
Единица импульса силы…
Формула импульса
Запись закона сохранения импульса
Проблемная задача
Герой книги Э. Распе барон Мюнхгаузен
рассказывал: “Схватив себя за косичку, я из всех сил дернул вверх и без особого
труда вытащил из болота и себя и своего коня, которого крепко сжал обеими
ногами, как щипцами”. Можно ли таким образом поднять себя?
Задача От двухступенчатой ракеты общей массой 1 т
в момент достижения скорости 171 м/c отделилась её вторая ступень массой 0.4 т,
скорость которой при этом увеличилась до 185 м/с. Определить скорость, с
которой стала двигаться первая ступень
Задача Ракета,
состоящая из двух ступеней, двигалась со скоростью V0=6км/с (рис. А). Первая
ступень после отделения двигалась со скоростью V1=2км/с (рис. Б). Масса первой
ступени m1=103 кг, масса второй ступени m2=2∙103 кг. Какова скорость второй
ступени после отделения первой? (ответ: 8км/с)
Урок
физики в 10-м классе "Импульс.
Закон сохранения импульса. Реактивное движение"
Дидактическая цель:
создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации по
теме “Импульс. Закон сохранения импульса” средствами технологии проблемного
обучения.
Цели по содержанию:
Обучения – способствовать формированию
понятий: импульса тела, импульса силы, замкнутая система, внутренние силы,
внешние силы; сформулировать закон сохранения импульса.
Воспитания – формирование исторического
взгляда на развитие физики как науки; способствовать формированию
межличностного общения в процессе парной работы.
Развития – продолжить развитие умений
работать с учебным текстом, структурирование материалов в виде схем, опорных конспектов;
развитие познавательного интереса к физике.
Дидактичсеские
цели урока:
формулировать принцип реактивного
движения, приводить примеры реактивного движения, применять закон сохранения
импульса для объяснения реактивного движения;
объяснять прочитанное, не пользуясь
контрольными вопросами, выделять главное, знакомое и новое, в прочитанном
научно-популярном тексте, представлять информацию в виде развернутого плана,
схем, таблиц;
обсуждать и отбирать в группах информацию
для презентации, выступать публично с сообщением, добавлять и оценивать
выступления других, формулировать вопросы.
Оборудование к уроку: шарик, надутый
воздухом, сегнеровое колесо, модели ракет.
КОНСТРУКТОР
УРОКА
С
ЭЛЕМЕНТАМИ ТРИЗ
А. Начало урока.
ЩАДЯЩИЙ
ОПРОС-
взаимоконтроль
Б. Объяснение
нового материала
ПРАКТИЧНОСЬ
ТЕОРИИ-
посвящение
в практику
В. Закрепление
ПРЕСС-КОНФЕРЕНЦИЯ
–
реактивное
движение в действии
Г.Повторение
СВОЯ
ОПОРА
Д. Домашнее задание ТРИ
УРОВНЯ
вопрос
на засыпку…
решение
задачи ..
ОК
Ход
урока.
А. Деятельность учителя
Предлагает повторить материал в
виде взаимоконтроля
Деятельность учащихся
Задают
вопросы в парах (мудрики)
Вопросы взаимоконтроля:
Что называют импульсом тела?
Какая это величина: векторная или
скалярная?
Какое направление имеет импульс?
Что называют импульсом силы?
Единица импульса тела…
Единица импульса силы..
Выбрать
на доске правильную запись
Закона сохранения импульса
Формулу импульса
Единицы измерения импульса
Обозначение массы
Обозначение скорости
(работа
учащихся оценивается мудриками)
Б
Объяснение нового материала.Учитель демонстрирует повторительного
характера диафильм-видео..
Учитель может еще продемонстрировать
вращение сегнерового колеса. 1 этап. Ученики, наблюдая
демонстрацию, дают следующие ответы:
И в ходе демонстрации задает ученикам
следующие вопросы:
1) Из каких тел состоит данная система?
2) Чему равен импульс системы, когда
ракета не двигалась..
3) Чему равен суммарный импульс системы
при открытом сопле ракеты?
Учитель делает вывод о том, что импульс ракеты
изменился, импульс вытекающих газов изменился, а суммарный импульс системы
остался равным нулю, и это означает, что векторы импульсовракеты и газов
направлены в противоположные стороны, т.е. ракета начинает двигаться в сторону
противоположную газовой струе. Учитель предлагает ученикам записать в тетради
закон сохранения импульса для рассмотренной системы.
1) “Кто придумал ракету?”
2) “Что такое ракета?”
3) ”Как устроена ракета?”
I. История создания ракеты
1) Древний Китай – родина пороха. Ракета -
оружие и игрушка.
2) При Петре I – сигнальная ракета.
3) Н. Кибальчич предложил использовать
ракету для воздухоплавания.
4) К.Э. Циолковский изобрел
многоступенчатую ракету.
5) С.П. Королев воплотил расчеты и формулы
в космические аппараты.
II. Устройство и принцип действия ракеты
Основные части ракеты:
1 - корпус,
2 - головная часть, в которой помещается
полезный груз (спутник, человек, боеголовка и т.д.),
3- многоступенчатый двигатель (топливо и
окислитель, камера сгорания, реактивное сопло).
Ракетное топливо:
1) жидкое (спирт, керосин, водород),
2) твердое (порох различного состава).
Окислитель – жидкий кислород, фтор,
азотная кислота.
Ш. История полетов человека в космос
1)04.10.1957 – начало космической эры.
Запуск первого искусственного спутника Земли.
2) 12 апреля 1961г. – 108-минутный полет
Юрия Гарина в космосе на корабле “Восток-1”.
3) 1965 г. – 10-минутный выход космонавта
А.А. Леонова в открытый космос.
4) 21 июля 1969 г.- высадка американца
Нила Армстронга на Луну.
5) 1971 г. - запуск первой орбитальной
станции “Салют-1” (СССР).
6) В 1981 г. многоразовый космический
корабль “Спейс Шатлл” (США) совершает первый испытательный полет в космос.
4 этап. Обобщение и систематизация знаний.
Продолжительность – 5 мин.
Учитель говорит о том, что реактивное
движение – это пример практического применения закона сохранения импульса.
Примером реактивного движения может служить движение ракет. Ракета может
двигаться, не взаимодействуя ни с какими другими телами, кроме продуктов сгорания
содержащегося в ней топлива. Поэтому ракеты можно использовать для передвижения
в безвоздушном космическом пространстве.
4 этап. Ученики, классифицируя и
систематизируя знания, выявляя внутрипредметные связи, принимают участие в
составлении следующего кластера (см. <Рисунок1>):
5 этап. Подведение итогов урока.
Информация о домашнем задании. Продолжительность – 5 мин. Учитель делает анализ
и оценку успешности достижения цели, выставляет отметки и объясняет домашнее
задание:
5 этап. Ученики записывают домашнее
задание, задают вопросы.
ОК I.
История создания ракеты
1) Древний Китай – родина пороха. Ракета -
оружие и игрушка.
2) При Петре I – сигнальная ракета.
3) Н. Кибальчич предложил использовать
ракету для воздухоплавания.
4) К.Э. Циолковский изобрел
многоступенчатую ракету.
5) С.П. Королев воплотил расчеты и формулы
в космические аппараты.
II. Устройство и принцип действия ракеты
Основные части ракеты:1
- корпус, 2 - головная часть, в которой помещается полезный груз (спутник,
человек, боеголовка и т.д.), 3- многоступенчатый двигатель (топливо и
окислитель, камера сгорания, реактивное сопло).
Ракетное топливо:
1) жидкое (спирт, керосин, водород),
2) твердое (порох различного состава).
Окислитель – жидкий кислород, фтор, азотная
кислота.
Ш. История полетов человека в космос
1)04.10.1957 – начало космической эры.
Запуск первого искусственного спутника Земли.
2) 12 апреля 1961г. – 108-минутный полет
Юрия Гарина в космосе на корабле “Восток-1”.
3) 1965 г. – 10-минутный выход космонавта
А.А. Леонова в открытый космос.
4) 21 июля 1969 г.- высадка американца
Нила Армстронга на Луну.
5) 1971 г. - запуск первой орбитальной
станции “Салют-1” (СССР).
6) В 1981 г. многоразовый космический
корабль “Спейс Шатлл” (США) совершает первый испытательный полет в космос.
Зарождение
космонавтики
Моментом зарождения космонавтики можно
условно назвать первый полёт ракеты, продемонстрировавший возможность
преодолевать силу земного притяжения. Первая ракета открыла перед человечеством
огромные возможности. Много смелых проектов было предложено. Один из них -
возможность полёта человека. Однако, этим проектам было суждено воплотится в
реальность только спустя многие годы. Своё практическое применение ракета нашла
только в сфере развлечений. Люди не раз любовались ракетными фейерверками, и,
вряд ли кто-нибудь тогда мог представить себе её грандиозное будущее.
Рождение космонавтики, как науки,
произошло в 1887 году. В этом году была опубликована магистерская диссертация
И.В Мещерского, содержащая фундаментальное уравнение динамики тел переменной
массы. Уравнение Мещерского дало космонавтике «вторую жизнь»: теперь в
распоряжении ракетостроителей появились точные формулы, которые позволяли
создавать ракеты основываясь не на опыте предыдущих наблюдении, а на точных
математических расчетах.
Общие уравнения для точки переменной массы
и некоторые частные случаи этих уравнений уже после их опубликования И. В.
Мещерским «открывались» в XX веке многими учёными западной Европы и Америки
(Годар, Оберт, Эсно-Пельтри, Леви-Чивита и др.).
Случаи движения тел, когда их масса
меняется можно указать в самых различных областях промышленности.
Наибольшую известность в космонавтики
получило не уравнение Мещерского, а уравнение Циолковского. Оно представляет
собой частный случай уравнения Мещерского.
К. Э. Циолковского можно назвать отцом
космонавтики. Он был первым, кто увидел в ракете средство для покорения
человеком космоса. До Циолковского на ракету смотрели как на игрушку для
развлечений или как на один из видов оружия. Заслуга К. Э. Циолковского состоит
в том, что он теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи
ракет, вывел формулу скорости движения ракеты, указал на критерии выбора
топлива для ракет, дал первые схематические чертежи космических кораблей,
привёл первые расчеты движения ракет в поле тяготения Земли и впервые указал на
целесообразность создания на орбитах вокруг Земли промежуточных станций для
полётов на другие тела Солнечной системы.
Реактивное
движение.
Закон сохранения импульса замкнутой
системы позволяет легко объяснить принцип реактивного движения. При сжигании
топлива повышается температура и в камере сгорания создастся высокое давление,
благодаря чему образовавшиеся газы с большой скоростью вырываются из сопла двигателя
ракеты. В отсутствие внешних полей полный импульс ракеты и вылетающих из сопла
газов остается неизменным. Поэтому при истечении газов ракета приобретает
скорость в противоположном направлении.
Уравнение
Мещерского.
Применим к рассматриваемой замкнутой
физической системе ракета плюс газы закон сохранения импульса. В начальный
момент в сопутствующей системе отсчета ракета и газы покоятся, поэтому полный
импульс равен нулю. Спустя время импульс ракеты равен, а импульс выброшенных
газов. Полная масса системы ракета плюс газы сохраняется, поэтому масса
выброшенных газов равна убыли массы ракеты. Теперь уравнение после деления на
промежуток времени переписывается в виде Переходя к пределу, получаем уравнение
движения тела переменной массы (ракеты) в отсутствие внешних сил. Уравнение
имеет вид второго закона Ньютона, если его правую часть рассматривать как
реактивную силу, с которой действуют на ракету вылетающие из нес газы. Масса
ракеты здесь не постоянна, а убывает со временем из-за потери вещества, . Поэтому
реактивная сила направлена в сторону, противоположную скорости вылетающих из
сопла газов относительно ракеты. Видно, что эта сила тем больше, чем больше
скорость истечения газов и чем выше расход топлива в единицу времени. Уравнение
получено в определенной инерциальной системе отсчета сопутствующей системе.
Вследствие принципа относительности оно справедливо и в любой другой
инерциальной системе отсчета. Если, кроме реактивной силы, на ракету действуют
и какие-либо другие внешние силы, например сила тяжести и сила сопротивления
воздуха, то их следует добавить в правую часть уравнения. Это уравнение впервые
было получено Мещерским и носит его имя. При заданном режиме работы двигателя,
когда масса представляет собой определенную известную функцию времени,
уравнение Мещерского позволяет рассчитать скорость ракеты в любой момент
времени.
Формула
Циолковского.
Допустим, что разгон ракеты происходит в
свободном пространстве, где на нее не действуют внешние силы. По мере
вырабатывания топлива масса ракеты убывает. Найдем зависимость между массой
израсходованного топлива и набранной ракетой скоростью. После включения
двигателя покоившаяся ракета начинает набирать скорость, двигаясь по прямой
линии. Спроецировав векторное уравнение на направление движения ракеты, получим
Будем в уравнении рассматривать массу ракеты как функцию набранной ракетой
скорости. Тогда скорость изменения массы со временем можно представить
следующим образом Подставляя это соотношение в уравнение, получаем Предположим,
что скорость истечения газов неизменна, что довольно точно выполняется в
современных ракетах. В этом случае уравнение позволяет легко найти массу ракеты
как функцию ее скорости. В самом деле, согласно производная искомой функции
пропорциональна самой функции. Таким свойством обладает только экспоненциальная
функция. Поэтому решение уравнения при постоянной скорости истечения имеет вид
Значение постоянной С определяется из начального условия при масса ракеты равна
начальной массе. Таким образом, масса ракеты в тот момент, когда ее скорость
равна, дается формулой которая называется формулой Циолковского.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.