Урок физики 9 класс Реактивное движение. Ракеты

Кравцов Вячеслав Георгиевич

учитель физики ВКК, к.т.н.

 ГБОУСОШ №277 г.Санкт-Петербург

Ууурок физики 9 класс Тема урока  Реактивное движение. Ракеты. у. ·

     Добрый день! Мы с тобой приступаем к изучению темы "Реактивное движение. Ракеты". . С тем, чтобы урок у нас с тобой прошел продуктивно, тебе пнеобходимо подготовиться к этому занятию. Прежде всего, проверь сво готовность к уроку:

  у тебя на столе должны лежать: учебник Физика для 9 класса  Перышкин А.В. Гутник Е.М, рабочая тетрадь (18 листов), ручка, карандаш, цветные карандаши, линейка, транспортир, треугольник, для выполнения расчетов, черновая тетрадь или листы бумаги для выполнения расчетов. не забудь включить колонки или надеть наушники.

в процессе урока, если возникнет необходимость работы с интерактивными таблицами или схемами, всегда проверяй  активированность всех составных элементов путем подвода курсора к таблицам или схемам.

Если тобой выполнены все вышеуказанные действия, запиши в тетрадь дату начала изучения темы урока и саму тему урока. По окончании изучения этой темы отметь дату. Поскольку, каждый  послелующий урок,  в определенной мере, должен опираться на те знания, которые ты приобрел на предыдущих уроках еще раз просмотри их и постарайся ответить на вопросы следующих тестов: Тест 1, Тест 2, Тест 3, Тест 4, Тест 5,    

ЦЕЛИ УРОКА:

1. Познакомить с историей развития реактивного движения.

2. Выяснить за счет чего происходит реактивное движение.

3.Познакомить с основными характеристиками реактивного движения.  .

 ПЛАН ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА:

1.История развития реактивного движения. 2.Реактивное движение. 3. Основные характеристики и параметры реактивного движения. 

 ХОД УРОКА:

Запиши в тетрадь дату начала изучения темы и саму тему урока. Закончив изучение темы, не забудь отметить дату окончания изучения темы.  Во время изучения представленного материала, сделай выписки или пометки, о той информации, которая показалась тебе наиболее важной.  Прочитай соответствующий раздел учебника: Физика 9 класс А.В.Перышкин, Е.М. Гутник  § 20 "Реактивное движение.Ракеты". Выпиши в тетрадь из этих параграфов основные формулы и те определения, которые выделенны жирным шрифтом.   У тебя есть  возможность просмотреть ряд Flach-роликов  и Видеофрагментов, которые позволят лучше понять прочитанный в учебнике материал и закрепить новые знания. Если у тебя по ходу просмотра Flach-роликов  и Видеофрагментов  возникнут какие-то вопросы, не забудь записать их на полях своей тетради и задать их мне в ходе нашего урока.

ЭТАПЫ УРОКА

 1. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

       Законы Ньютона позволяют объяснить очень важное механическое явление -реактивное движение. Так называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части. Принцип реактивного движения известен очень давно. Родоначальником реактивного движения.можно считать шар Герона.

      Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

      Константин Эдуардович Циолковский  впервые показал, что единственный аппарат,  который способен преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем. Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?

      Твёрдотопливные ракетные двигатели - пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Востоке, а затем в Европе как фейерверочные, сигнальные, боевые.

В 1903 К. Э. Циолковский в работе "Исследование мировых
пространств реактивными приборами" впервые в мире выдвинул основные положения теории жидкостных ракетных двигателей и предложил основные элементы устройства Ракетного двигателя на жидком топливе.

      На принципе реактивного движения основаны полеты ракет. Современная космическая ракета представляет собой очень сложный летательный аппарат, состоящий из сотен тысяч и миллионов деталей. Масса ракеты огромна Она складывается из массы  раскаленных газов,  выбрасываемых в виде реактивной струи и  массы ракеты, остающейся после выброса из ракеты рабочего тела, называемой "сухой" массой ракеты.

"Сухая" масса ракеты, в свою очередь, состоит из массы конструкции ( оболочки ракеты, ее двигателей и системы управления) и массы полезной нагрузки ( научной аппаратуры, корпуса выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).
      По мере истечения рабочего тела освободившиеся баки, лишние части оболочки  обременяют ракету ненужным грузом, затрудняя ее разгон. Поэтому для достижения космических скоростей применяют составные многоступенчатые ракеты. Сначала в таких ракетах работают  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 4, обтекаемая форма которого способствует уменьшению сопротивления воздуха при полете ракеты в атмосфере Земли. Видеофранмент "Запуск ракеты. Отделение частей" демонстрирует тебе, полет  многоступенчатой ракеты с отделением частей. 

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

Согласно третьему закону Ньютона, сила F₁, с которой ракета действует на рабочее тело, равна по величине и противоположна по направлению силе F'₂, с которой рабочее тело действует на корпус ракеты:
                    F₁ = -F₂               

      Сила F'  называемая реактивной силой и разгоняет ракету.

Cообщаемый телу импульс равен произведению силы на время ее действия. Поэтому одинаковые силы, действующие в течение одного и того же времени, сообщают телам равные импульсы. В данном случае импульс m_pVp    приобретаемый ракетой, должен быть равен импульсу mг_азV_газ выброшенных газов:
               

m_pV_p = -m_газV_газ,

      Мы видим, что скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов чем больше отношение . массы топлива к   массе ракеты без топлива.

 В формуле не учитывается, что по мере сгорания топлива масса летящей ракеты становится все меньше . Точная формула для скорости ракеты впервые была получена в 1897 г. К. Э. Циолковским и  носит его имя.

      Формула Циолковского позволяет рассчитать запасы топлива, необходимые для сообщения ракете заданной скорости. Например, для сообщения ракете скорости, превышающей скорость истечения газов в 4 раза (Vp=16 км/с), необходимо, чтобы начальная масса ракеты (вместе с топливом) превосходила конечную ("сухую") массу ракеты в 55 раз (m₀/m = 55). Это означает, что основную долю от всей массы ракеты на старте должна составлять именно масса топлива. Полезная же нагрузка по сравнению с ней должна иметь очень малую массу.
      Первые советские жидкостные ракетные двигатели  были спроектированы В. П. Глушко и  созданы в 1930-31 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ) в Ленинграде. Впервые электротермический Ракетный Двигатель был создан и испытан Глушко  в 1929-33. В 1939 в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями конструкции И. А. Меркулова.   В 1941 впервые был установлен на самолёт и испытан турбореактивный двигатель конструкции Ф. Уиттла (Великобритания).  

      Наиболее широко ракетными. двигателями.  оснащено большинство военных и гражданских самолётов во всём мире, их применяют на вертолётах. Они. пригодны для полётов как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями; их устанавливают также на самолётах-снарядах, сверхзвуковые турбореактивные двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических самолётов. Реактивные двигатели устанавливают на
зенитных  ракетах, , сверхзвуковых истребителях-перехватчиках. 

      Во время 2-й мировой войны 1939-45 реактивными двигателями были оснащены самолёты-снаряды ФАУ-1.
Реактивные двигатели в большинстве случаев используются на высокоскоростных летательных аппаратах. Жидкостные ракетные двигатели применяются на ракетах-носителях космических летательных аппаратов и космических аппаратах , а также на управляемых баллистических ракетах. Твёрдотопливные ракетные двигатели используют в баллистических, зенитных, противотанковых  ракетах военного назначения, а также на ракетах-носителях и космических летательных аппаратах. Небольшие твёрдотопливные двигатели применяются в качестве ускорителей при взлёте самолётов. Электрические ракетные двигатели и ядерные ракетные двигатели могут использоваться на космических летательных аппаратах.

Следующие иллюстративные электронные образовательные ресурсы в виде видеофрагментов являются дополнительныит. Они позволят тебе лучше понять изучаемую тему.

 Видеофрагмент "Полет Шатла".

Видеофрагмент  "Посадка Атлантика ".

Видеофрагмент  "Посадка Атлантика на самолете".

Видеофрагмент  "Полет Атлантика".

Видеофрагмент  "Шатл в полете".

Видеофрагмент  "Посадка Шатла на самолете".

Видеофрагмент  "Запуск  Шатла с самолета".

Видеофрагмент  "Запуск Аполлона".

Видеофрагмент  "Запуск Шатла".

  2.ЗАКРЕПЛЕНИЕ И ПОВТОРЕНИЕ, ПРОЙДЕННОГО НА УРОКЕ МАТЕРИАЛА

      C целью закрепления, и более глубокого  усвоенияю пройденного на уроке материала предлагаю тебе просмотреть следующий  Flach-ролик  Реактивное движение и Ракеты

 Просмотри этот Flach-ролик особенно внимательно. Он позволит тебе не только повторить и вспомнить, что собой представляет 3-ой закон Ньютона, но и закрепить  знания о импульсе силы и импульсе тела, а также  законе сохранения импульса реактивном движении и ракетах.  Советую тебе при просмотре этого Flach-ролика выписать  основные формулы и их вывод в рабочую тетрадь и в последующем выучить их. 

  3. РЕФЛЕКСИЯ. ПРОВЕРКА УРОВНЯ УСВОЕНИЯ ИЗУЧЕННОГО  НА УРОКЕ МАТЕРИАЛА

C целью проверки уровня усвоения  материала урока ответить на тесты по материалам изучаемой темы: Тест 1, Тест 2, Тест 3, Тест 4, Тест 5  

4.ЗАДАНИЕ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО МАТЕРИАЛА

Физика 9 класс А.В.Перышкин, Е.М. Гутник  § 23 Реактивное движение. Ракеты". Выучи основные определения и формулы из этого параграфов и ответь  на вопросы к этому параграфу  Выполни упражнения №22.