Физика и космос: законы, темы и задачи для тематического урока

Изучение космоса помогает понять свое место в огромном мире, лучше узнать химию и физику земных процессов, ответить на вопрос, как и почему зародилась жизнь, и предсказать будущее планеты.

Говорить о космосе можно на любом школьном предмета, начиная с физики и математики и заканчивая литературой, музыкой, искусством. Я предлагаю сценарий урока-путешествия, который подойдет как ученикам старшей школы, так и среднего звена.

Цель урока: закрепить знания по темам «Перегрузка и Невесомость», «Законы Ньютона», «Давление», «Космонавтика».

Ожидаемые результаты: предметные, метапредметные, личностные

Предметные

•  закрепить пройденный материал;
•  сформировать вычислительные навыки на основе сознательного использования приемов вычислений;
•  сформировать навык быстрых вычислений в результате перехода от развернутого объяснения решения ко все более лаконичным устным пояснениям;
•  развивать умения наблюдать и сравнивать, сопоставлять, анализировать, проводить простейшие обобщения.

Метапредметные

• сформировать умения у учащихся наблюдать, делать выводы, выделять главное, планировать и проводить эксперимент;
•  применять знания к анализу и объяснению явлений природы;
• оценивать полученные результаты;
• использовать теоретические методы научного познания.

  Личностные

• сформировать мотивацию постановкой познавательных задач;
• сформировать умения управлять своей учебной деятельностью;
• развивать внимание, память, творческое мышление.

План урока:

1. Вступление урока (мотивация, целеполагание)
2. Закрепление материала
3. Рефлексия

1. Вступление урока (мотивация, целеполагание)

12 апреля 1961 года человек впервые «шагнул в космос». Событие мирового масштаба, прорыв для всего человечества. Мечты о межпланетных путешествиях стали реальнее, а полеты к Международным космическим станциям — регулярными. Но даже сейчас каждый полет в космос — героический поступок!

На уроке разберемся:

• что нужно для покорения космоса;
• чего достигло человечество в этой области; 
• какие знания нам пригодятся для полетов;
• и как вернуться домой, на Землю.

Вам могут пригодиться и другие наши планы уроков по физике:

2. Закрепление материала

Игра «Правда или ложь»

Ложь, оно белое. Нам оно кажется желтым из-за сильного рассеивания и поглощения коротковолновой части спектра во время его прохождения через атмосферу Земли.

Правда. Несмотря на то, что Меркурий ближe к Сoлнцy, y Вeнeры в атмосфере преобладает yглeкислый гaз бoльшoй плoтнoсти, из-за чего на планете создается пaрникoвый эффeкт.

Ложь. Плотность небесных тел в этой зоне настолько маленькая, что не представляет почти никакой опасности для космических путешественников.

Правда.

Ложь. Из-за постоянного вращения наша планета в районе экватора немного выпуклая, а у полюсов приплюснутая.

Ложь. С температурой в космосе не все так просто. Если человек внезапно окажется в открытом космосе и без скафандра, он скорее перегреется, потому что тепло, производимое нашим телом, будет лишено возможности покинуть организм.

На Земле мы легко охлаждаемся: потеем, обмениваемся температурами с окружающей средой. В космосе же такие способы уже не сработают, ведь обмениваться там попросту не с чем.

Ложь. При условии более низкого давления жидкости начинают кипеть при более низких температурах, если это давление не позволяет жидкости преобразоваться в газ. Но с кровью такого не произойдет, потому что она находится в закрытой системе, и эффект нулевого давления не окажет такого скоротечного влияния.

Конечно, жидкости, открытые для внешней среды (слюна, внешняя оболочка глаз), закипят почти тотчас. К тому же, нельзя путать кипение с нагреванием. Слюна не станет горячей, из-за пониженного давления она просто перейдет в газообразное состояние.

Ложь. Человеческое тело слегка распухнет, но уж точно не разлетится на части.

В 1966 году один ученый из Хьюстона испытывал скафандр в условиях искусственного вакуума, эквивалентного пребыванию на высоте 37 километров. Защитный костюм оказался неисправен, и техник пережил опаснейшую декомпрессию. Давление было восстановлено в течение 30 секунд, поэтому мужчина не испытал никаких губительных для здоровья последствий.

Правда. В космосе невозможно ничего услышать , потому там нет среды, по которой могли бы передаваться звуковые сигналы, то есть вне среды звуковая волна не распространяется.

Правда.

Викторина

1. Какая планета земной группы самая большая? (Земля)
2. Первая космическая скорость — это …? (Минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадет на нее, а будет двигаться по круговой орбите. Равна примерно 7,9 км/с)
3. А вторая космическая скорость — — это …? (Минимальная скорость, которую необходимо придать космическому аппарату для преодоления притяжения планеты, чтобы покинуть замкнутую орбиту вокруг нее. Примерно равно 11,2 км/с)
4. Сколько спутников у Земли? Как они называются? (Один, Луна)
5. Сколько планет в солнечной системе? (8)
6. Самая яркая планета Солнечной системы? (Венера)
7. Какая планета имеет самую большую массу? (Юпитер)
8. Какой по счету планетой по мере удаления от солнца является Меркурий? (Первой)
9. У какой планеты есть кольцо? (Сатурн, Уран, Нептун, Юпитер)
10. На какой планете вероятно когда-то была жизнь? (Марс)

Техническая сторона

Космический корабль (1, 8), приборный отсек (2), бак с окислителем (3), бак с горючим (4), насосы (5), камера сгорания (6), сопло (7), III ступень (9), II ступень (10), I ступень (11).

Дополнительные вопросы

1. Кем впервые был предложен проект проникновения человека во Вселенную и дано упрощенное схематическое описание современной ракетной установки? (Николай Иванович Кибальчич)
2. Кто является основоположником ракетостроения? (Константин Эдуардович Циолковский)
3. Кто стал главным конструктором ракет? (Сергей Павлович Королев)

Опыт

Обычный воздушный шарик надуем воздухом и, не завязывая, отпустим его. Что происходит? Шарик будет стремительно лететь, пока у него не израсходуется запас воздуха.

Как объяснить это явление? Явление объясняет третий закон Ньютона, то есть, два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению.

Как называют такой вид движения? Реактивным. Такое движение используют для своего перемещения некоторые виды морских животных: кальмары, осьминоги, каракатицы. Они двигаются благодаря всасыванию и выталкиванию воды. Широкое практическое применение реактивное движение нашло в авиастроении и космонавтике.

При полете в космос человек попадает в непривычные для него условия. При взлете, пока не преодолено земное притяжение, человек испытывает сильную вибрацию: весь корабль дрожит. Его оглушает рев могучих моторов. Вес его тела увеличивается в несколько раз.

Как называется это состояние? Перегрузка — состояние тела, при котором вес превышает силу тяжести. Но вот корабль вышел на околоземную орбиту. Вместо шума моторов — необычная тишина. Кончились перегрузки, и тело потеряло свой вес. Состояние, при котором вес тела равен нулю, называется…? (Невесомость — состояние тела, при котором его вес равен нулю)

О каком явлении рассказывает Юрий Алексеевич Гагарин?

При перегрузке вес тела возрастает прямо пропорционально ускорению тела: P=mg+ma. При взлете и посадке космического корабля ускорение a=6mg, а значит, вес может увеличиться в 7 раз. При этом не только все тело сильнее давит на опору, но и отдельные части тела — друг на друга.

У человека в состоянии перегрузки затрудняется дыхание, ухудшается сердечная деятельность, происходит перераспределение крови, ее прилив или отлив к голове, появляется нечеткость зрения. Переносить такое состояния могут физически здоровые, хорошо натренированные люди. Перегрузка переносится легче, если тело космонавта располагается перпендикулярно направлению ускорения, даже если вес возрастет в 10-12 раз.

После выключения двигателей, когда космический корабль выходит на орбиту вокруг Земли, его ускорение будет равно ускорению свободного падения a=g. Поскольку ускорение а направлено вниз, к центру Земли, то вес тела P=mg-ma=0.

В условиях орбитального полета невесомость раздражает многие функции человека: слабеют мышцы и кости, организм обезвоживается. Но с помощью лечебной физкультуры и лекарств эти неприятные последствия легко устраняются.

Можно ли испытать состояние невесомости не покидая пределов Земли? Можно, для этого нужно просто подпрыгнуть: до момента приземления человек будет невесом.

Объяснение явления

Обычные шариковые ручки в условиях невесомости писать не будут. Долгое время космонавты использовали карандаши, что было неудобно и опасно. Сейчас в космосе используют специальную цельнометаллическую шариковую ручку. Чернила в ней выдавливаются под давлением сжатого азота. Ручка была разработана и запатентована американским предпринимателем Полом Фишером.

Да, так как прибор основан на силе упругости пружины внутри гофрированной коробочки прибора.

Нет, в невесомости нет веса, поэтому не возникает разность давлений на различных уровнях – оно одинаково. Жидкость не вытекает, ее приходится выдавливать из сосуда. Поэтому у космонавтов пища находится в особых упаковках.

Да. Вспомним III закон Ньютона.

Закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа без изменения по всем направлениям.

Задачи

1. 19 августа 1960 года был запущен корабль-спутник с собаками Белкой и Стрелкой на борту. Сколько времени прошло с тех пор? Когда впервые в мире живые существа побывали в Космосе?
2. Ю. А. Гагарин на космическом корабле «Восток-1» пролетел вокруг Земли расстояние 50400 км со средней скоростью 28000 км\ч. Сколько витков вокруг Земли было совершено? Сколько времени длился полет? (радиус орбиты примерно 8000 км)
3. Космическая ракета при старте с поверхности Земли движется вертикально с ускорением 20. Чему равен вес летчика-космонавта в кабине, если его масса 75 кг? Какую перегрузку испытывает космонавт?

Подумайте, постарайтесь дать ответ обосновывая его физическими законами.

Необходимо бросить какой-нибудь предмет в сторону, противоположную ракете. Тогда, в соответствии с законом сохранения импульса, человек приобретет скорость, направленную к ракете: v=mv\M. Подобным же образом движется и сама ракета, отбрасывая продукты горения в одну сторону и двигаясь в противоположную.

Проделать следующий цикл движений в соответствии с законом сохранения момента импульса: вытянуть правую руку в сторону, затем прижать ее к груди, опустить вдоль туловища, снова вытянуть в сторону и т. д.

Нужно изготовить из проволоки катушку и подключить ее концы к гальванометру. Если планета обладает достаточно сильным магнитным полем, то при поворотах катушки гальванометр зарегистрирует импульсы индукционного тока, возникающего в результате изменения магнитного потока, пронизывающего катушку.

Измерить вес этой гири с помощью весов и определить g из соотношения g=P\m.

Оценить длину каната примерно 1м. За t секунд канат совершил N колебаний. Отсюда определим период колебаний: T= t\N. Пользуясь формулой маятника.

Задачи

1. Скорость света 300 000 км/сек. Свет от солнца до Земли идет примерно 8 минут. Какое расстояние между Солнцем и Землей?
2. В Солнечной системе 9 планет, а спутников у них на 40 больше. Сколько планет со спутниками в Солнечной системе?
3. В древности было известно, что у самой большой планеты Юпитера существует 4 спутника. Но это оказалась ¼ частью всех обнаруженных спутников. Сколько спутников у Юпитера?
4. Без телескопа можно увидеть не более 6000 звезд, из них 1500 находится в Южном полушарии и не видны в Северном. Сколько звезд можно увидеть без телескопа в нашем Северном полушарии?

В таблице приведены ученые, их достижения и знаменитые высказывания, соотнести все три столбика (задание дано с правильным ответом):

Ньютон	Открыл закон Всемирного тяготения	Гипотез не измышляю
Коперник	Автор гелиоцентрической системы мира	Стремление ученого – поиск во всем правды
Эйнштейн	Предсказал существование черных дыр	Есть только две бесконечные вещи: Вселенная и глупость
Циолковский	Изобрел принцип реактивного движения	Земля – это колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели.
Королев	Сконструировал первую ракету	Дорога к звездам открыта!
Гагарин	Совершил первый полет в космос	Поехали!
Леонов	Первым вышел в открытый космос	Мне кажется, я никогда не знал, что означает слово «круглый», пока не увидел Землю из космоса
Армстронг	Первым ступил на поверхность Луны	Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачек для всего человечества

Другие материалы по физике для преподавателей:

3. Рефлексия

1. Сегодня на уроке я узнал…
2. Меня удивило…
3. Меня заинтересовало…
4. Я хотел бы больше узнать о…

В качестве домашнего задания можно предложить ученикам построить модель ракеты или написать небольшое эссе на тему «Повседневные вещи, изначально разрабатываемые для космической отрасли».