Урок «Движение искусственных спутников и космических аппаратов в Солнечной системе»

2
0
Материал опубликован 31 January 2023

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя школа № 3

Володарского района Нижегородской области

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая карта урока астрономии в 11 классе

 

«Движение искусственных спутников

и космических аппаратов в Солнечной системе»

 

Подготовила Сорокина Ольга Павловна,

учитель физики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п. Ильиногорск

2023

 

 

Сведения об авторе

Фамилия, имя, отчество (полностью)

Сорокина Ольга Павловна

Район

Володарский р-н

Место работы

МАОУ СШ № 3

Должность

Учитель физики

 

Общая информация

Образовательная область, учебный предмет

Естественные науки, астрономия

Класс

11 класс

Авторская программа к учебникам (линии учебников или УМК) (если есть)

УМК «Астрономия» Воронцов-Вельяминов Б.А. (10-11) (Базовый)

Тема учебного занятия

Движение искусственных спутников и космических аппаратов в Солнечной системе

Тема урока или другой формы организации УВП: экскурсия, консультация, проект, лабораторное занятие, практикум, игра и т.п.

Урок общеметодологической направленности

Место урока или другой формы организации учебной деятельности в структуре учебного занятия

14-й урок по программе «Астрономия. 11 класс» Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута;

6-й урок в разделе «Строение Солнечной системы»

Учебная задача

Овладеть теоретическими знаниями практического применения законов небесной механики к планированию и реализации полетов искусственные спутников и космических аппаратов;

Вовлечь учащихся в ситуацию, способствующую формированию естественно-научной грамотности

 

Обобщенные цели учебного занятия - планируемые результаты

 

Цt1675180127aa.gif ель

Уровень

Базовый («обучающийся научится»)

Повышенный («обучающийся получит возможность научиться»)

 

 

Цель – предмет (предметный результат)

Обучающиеся научатся характеризовать особенности движения и маневров космических аппаратов для исследования тел Солнечной системы

Обучающиеся получат возможность научиться описывать маневры при посадке на поверхность планеты или выход космического аппарата на орбиту вокруг планеты

 

 

Цель – способ (метапредметный результат)

Обучающиеся получат способ анализировать возможные траектории движения космических аппаратов;

Получат возможность выражать логически верные обоснованные высказывания; доказывать собственную позицию о перспективах межпланетных перелетов

Обучающиеся получат возможность соотносить задачи космического аппарата и возможные траектории движения; выдвигать гипотезу, планировать исследовательскую деятельность

 

 

Цель – ценность (личностный результат)

Обучающиеся осознают научные достижения СССР и России в области космических исследований

Обучающиеся получат возможность выражать собственную позицию относительно значимости космических научных исследований; доказывать собственную позицию относительно экологических проблем запуска космических аппаратов на околоземную орбиту и в межпланетное пространство

 

 

Исходное состояние обучающихся:

 

Обучающиеся знают эмпирические и теоретические основы законов небесной механики, их проявление в астрономических явлениях и применение;

Могут планировать учебную деятельность, аргументировано отстаивать свою точку зрения, сопоставлять факты, критически анализировать информацию и делать обоснованные выводы

 

 

Формы оценки планируемых результатов

Предметный результат

Метапредметный результат

Личностный результат

 

 

Отметка

Диагностика достижений

Рефлексия

 

 

Комментарии учителя к учебному занятию или уроку

Формированию у обучающихся естественно-научной грамотности способствует задание «Испытание «Хиуса», размещенное на портале ЯКласс (приложение 2)

 

 

Учебно – информационное и техническое обеспечение учебного занятия

Учебно – информационное обеспечение

Основная литература

Дополнительная литература

Интернет - ресурсы

ЭОРы

 

Учебник

В.Г. Сурдин «Вселенная в вопросах и ответах»

ЯКласс, Видеоуроки.нет

Презентация

 

Техническое обеспечение

Компьютер, проектор

 

Дополнительные источники и литература

Видеоуроки в Интернет [Электронный ресурс] URL: https://videouroki.net/video/16-dvizhenie-iskusstvennyh-sputnikov-zemli-i-ka.html (Доступ по подписке).

Сурдин В. Г. Вселенная в вопросах и ответах / В.Г. Сурдин — «Альпина Диджитал», 2017.

 

 

 

 
Дидактическая структура учебного занятия (урока) и его психолого – педагогическое обоснование

 

Этап урока Подэтап урока Организация педагогически целесообразного взаимодействия (описываются конкретные методы и приемы, которые использует учитель на каждом подэтапе урока) Психолого – педагогическое обоснование (представляется смысловая характеристика организуемого образовательного процесса с точки зрения его соответствия требованиям развития обучающихся на конкретной ступени общего образования и педагогической концепции, на которой основывается деятельность учителя)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Мотивационно ориентировочный

1.1. Вхождение в контакт

Предъявление учителем своей индивидуальности

Организация принятия классным коллективом каждого как неотъемлемого участника учебного сообщества

Создание комфортной психологической атмосферы урока

 

1.2. Актуализация субъектного опыта обучающихся

Обращение к индивидуальному опыту обучающихся, связанному с темой урока по данному предмету, знаниями и умениями из других предметных областей, обобщенными способы деятельности, личным жизненным опытом)

Включение каждого в конкретную деятельность на уже освоенном материале

Переживание успешности практического действия, подтверждение значимости позиции ученика.

 

1.3. Создание проблемной ситуации (конструктивного конфликта «знания – не знания», «умения – неумения», «понимания – не понимания»

Создание мотивационной ситуации посредством одного из действий: предъявление проблемного задания, проведение эвристической беседы и диалога, использование парадоксов, организация дискуссии и т.п.

Обозначение обучающимися границы своего «знания» - «незнания»

Создание проблемной ситуации – это новый поворот в уже знакомом материале, озадачивание. Разрыв непрерывности предметного действия, переживание невозможности дальнейшего движения требует обсуждения сложившейся ситуации. Выход из нее – определение задачи: «мы не знаем решения, но восстанавливаем путь, знаем, куда идти». Здесь возникает учебно-познавательный мотив, направляющий мыслительную деятельность обучающихся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Операционно – исполнительский

2.1. Целеполагание и планирование

Формулирование цели урока как прогностической модели ожидаемого результата

Построение ориентировочной основы учебной деятельности (план урока)

 

Непосредственная постановка ученика в позицию субъекта целеполагания и планирования путем конструирования цели и плана с помощью заданных алгоритмов, представляющих цель в виде гипотезы, предположения, контура, который будет уже в процессе деятельности обрастать “плотью”

 

2.2. Поиск способа решения проблемной ситуации

Анализ реального контекста существования изучаемого объекта урока и его проявлений в окружающем мире

Поиск всеобщего отношения изучаемого объекта закономерности), которое должно быть отражено в соответствующем теоретическом понятии (или ценности).

Осуществление данного этапа учебной деятельности связано с содержательным анализом предметного материала, который направлен на поиск и выделение в целостном предмете основного и генетически исходного отношения

 

2.3. Выбор верного варианта решения, фиксация найденного способа

Создание материальной основы (модели) для получения способа деятельности, фиксирующей основные элементы внутренней и внешней структуры изучаемого объекта, а также генетически исходную связь между ними

Формулировка построенного знания, открытого способа деятельности, синтез всего ранее полученного в ходе учебной деятельности

Действие моделирования направлено на отделение содержания от формы с помощью знаково – символических средств представления этого содержания, что выступает существенным показателем понимания учащимися учебной задачи. В действии преобразования модели осуществляется переход от чувственного конкретного представления об исследуемом объекте к получению собственного знания о нем

 

2.4. Отработка открытого способа в системе упражнений, конкретно-практических действий

Конкретизация открытого способа деятельности через его применение в различных ситуациях

Построение системы конкретно-практических задач

В психологическом плане на этом этапе происходит интериоризация способа деятельности, а также очерчиваются границы его применимости

 

3. Рефлексивно – оценочный

3.1. Ситуация контроля за выполнением учебных действий

Организация самостоятельного выбора обучающимися для решения конкретной задачи системы действий, адекватной открытому способу

Установление адекватности выбранной системы действий условиям учебной задачи - учащиеся анализируют правильность и полноту реализуемых действий в ходе решения учебной задачи

 

3.2. Ситуация оценки образовательных результатов

Выявление уровня осознания каждым обучающимся степени освоенности содержания (знаю что?), владения действиями (знаю как?), понимания смысла изученного (знаю зачем?) и понимания степени своих личностных приращений (знаю, что во мне изменилось?)

Осмысление процесса решения учебной задачи, ее предметных оснований, а также своих способностей к осуществлению данного рода учебных действий, усвоения их принципов построения

 

 

Сценарий проведения учебного занятия
Этап урока или другой формы УВП Подэтап урока или другой формы УВП Действия учителя (педагога) Действия обучающихся

(примерные версии ответов)

 

1. Мотивационно ориентировочный

1.1. Вхождение в контакт

Здравствуйте, уважаемые учащиеся. На прошлом уроке мы говорили об открытии закона всемирного тяготения и доказательстве его справедливости. Данный закон впервые вы изучили на уроках физики. Что изменилось в вашем знании о законе всемирного тяготения после нашего урока?

Высказывают свое мнение, приводя обоснования

1.2. Актуализация субъектного опыта обучающихся

- Какие методы определения расстояний в астрономии вам известны?

- Каковы методы определения размеров тел Солнечной системы?

- Перечислите известные вам методы определения массы планет, имеющих спутники.

Отвечают на вопросы учителя, перечисляют известные методы

1.3. Создание проблемной ситуации

- Выскажите предположения о методах определения массы тела, не имеющего спутников.

- Прокомментируйте высказывание К.Э. Циолковского:

«Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство»

Высказывают предположения, приходят к выводу о возможности запуска искусственных спутников небесных тел.

 

Комментируют высказывание ученого;

Представляют короткое сообщение «История запуска в CCCP первого в мире искусственного спутника Земли», сопровождающееся презентацией

 

 

 

 

 

 

2. Операционно – исполнительский

2.1. Целеполагание и планирование

- Движение спутника непосредственно на орбите — лишь часть характеристик. Какие еще процессы сопровождают движение искусственных спутников (ИС)?

- Сформулируйте цель нашей работы

Выдвигают предположения: запуск спутника на орбиту, корректировка орбиты, запуск спутников к Земле, Луне, другим телам Солнечной системы.

Формулируют цель работы

2.2. Поиск способа решения проблемной ситуации

Предлагает учащимся разбиться на микрогруппы

В каждой гpyппe составьте план достижения поставленной цели, обсудив вопросы, на которые хотите получить ответы.

Сопровождает обсуждение плана действий в группах, направляет их деятельность

Учащиеся в микрогруппах, исходя из поставленной цели, формулируют вопросы, на которые хотят получить ответы, и составляют план достижения поставленной цели:

Характеристика скоростей ИС.

Характеристика орбит ИС.

Особенности запуска ИС и космических аппаратов (КА) к Луне.

Общие характеристики межпланетных перелетов

2.3. Выбор верного варианта решения, фиксация найденного способа

Организует работу учащихся с текстом параграфа 14.6 и раздаточным материалом (приложение 1)

Реализуют исследование по намеченному плану, выполняют записи в тетрадях.

2.4. Отработка открытого способа в системе упражнений, конкретно-практических действий

Организует представление группами полученных результатов.

Предлагает проанализировать виды траекторий при запуске КА к Марсу и Венере.

Представляют результаты работы в микрогруппах; дополняют ответы товарищей.

Анализируют виды траекторий по рисункам 3.15 и 3.16 в учебнике.

 

3. Рефлексивно – оценочный

3.1. Ситуация контроля за выполнением учебных действий

Учитель, используя Приложение VIII учебника, предлагает учащимся сделать вывод о вкладе СССР и России в развитие космонавтики.

Отвечают на рефлексивные вопросы

3.2. Ситуация оценки образовательных результатов

Предлагает выполнить самооценку работы в микрогруппе.

Оценивает работу учащихся на уроке.

Д/З: § 14.6, выполнить задание на платформе ЯКласс (приложение 2).

Выполняют самооценку работы в микрогруппах.

Записывают д/з.

 

 

Приложение 1

Движение искусственных спутников и космических аппаратов1

t1675180127ab.jpg

На основании закона всемирного тяготения Ньютон первым теоретически обосновал возможность создания искусственного спутника Земли. Давайте вспомним, что искусственными спутниками называют космические аппараты, созданные людьми, которые позволяют наблюдать за планетой, около которой они вращаются, а также другими астрономическими объектами из космоса.

Чt1675180127ac.jpg тобы понять, при каких условиях тело способно стать искусственным спутником Земли, обратимся к размышлениям Ньютона. Их суть такова: если бросить с высокой горы камень в горизонтальном направлении, то, двигаясь по ветви параболы, он со временем упадёт на Землю. Сообщив ему большую скорость, он упадёт дальше. Поскольку Земля имеет шарообразную форму, то одновременно с продвижением камня по его траектории поверхность Земли удаляется от него. Значит, можно подобрать такое значение скорости камня, при котором поверхность Земли из-за её кривизны будет удаляться от камня ровно на столько, на сколько камень приближается к Земле под действием силы тяжести. Тогда тело будет двигаться на постоянном расстоянии от поверхности Земли, то есть станет её искусственным спутником.

Так как за пределами атмосферы силы сопротивления движению спутнику отсутствуют, то на него будет действовать только сила притяжения к Земле. Поэтому спутник движется как свободно падающее тело с ускорением свободного падения.

 

Искусственным спутником Земли может стать любое тело произвольной массы. Важно, чтобы ему сообщили за пределами земной атмосферы горизонтальную скорость, при которой оно начнёт двигаться по окружности вокруг Земли.

Скорость, при достижении которой космический аппарат, запускаемый с Земли, может стать её искусственным спутником, называется первой космической скоростью:

 

Пt1675180127ad.jpg
о этой же формуле мы можем рассчитать и первую космическую скорость спутника для любой планеты, заменив в ней радиус и массу Земли на радиус и массу исследуемой планеты.

Вблизи поверхности Земли первую космическую скорость можно определить, как:

Пt1675180127ae.jpg
риняв радиус равным 6371 км, а ускорение свободного падения — 9,8 м/с
2, получим, что для Земли первая космическая скорость равна 7,9 км/с.

 

Иt1675180127af.jpg менно такую скорость в горизонтальном направлении нужно сообщить телу на небольшой, сравнительно с радиусом Земли, высоте, чтобы оно не упало на Землю, а стало её спутником, движущимся по круговой орбите.

Возникает закономерный вопрос: «Почему же тогда свободно падающий спутник не падает на Землю?»

Примем для простоты расчётов, что ускорение свободного падения равно 10 м/с2, а скорость спутника — 8 км/с. Тогда за одну секунду свободного падения спутник пройдёт по направлению к Земле 5 метров и одновременно с этим переместиться перпендикулярно этому направлению на 8 километров. В результате этих двух движений спутник и движется по своей орбите.


 

Тt1675180127ag.jpg ак, например, наша Луна уже более 4,5 миллиардов лет обращается вокруг Земли.

Восемь километров в секунду — это почти 29 000 километров в час! Сообщить телу такую скорость, конечно, не просто. Только в 1957 году советским учёным впервые в истории человечества удалось с помощью мощной ракеты сообщить телу массой около 85 килограмм первую космическую скорость, и оно стало первым искусственным спутником Земли.

Если телу сообщить скорость, большую, чем первая космическая на данной высоте, то орбита спутника будет представлять собой эллипс. И чем больше сообщённая телу скорость, тем более вытянутой будет его орбита.

Скорость, при достижении которой космический аппарат, запускаемый с Земли, может преодолеть земное притяжение и осуществить полёт к другим планетам Солнечной системы, называется второй космической скоростью.

Расчёты показывают, что для преодоления земного притяжения скорость космического аппарата должна быть больше первой космической скорости в корень из двух раз (без учёта сопротивления воздуха):t1675180127ah.jpg

Третья космическая скорость, или гиперболическая скорость, — это наименьшая начальная скорость, с которой тело должно преодолеть земное притяжение и выйти на околосолнечную орбиту со скоростью, необходимой для того, чтобы навсегда покинуть пределы Солнечной системы:

Вt1675180127ai.jpg
t1675180127aj.jpg формуле  — это орбитальная скорость нашей планеты.

Если в это уравнение подставить все известные величины и произвести вычисления, получим, что тело должно иметь минимальную скорость, примерно равную 16,7 км/с, чтобы начать двигаться по гиперболе и покинуть пределы Солнечной системы.

Конечно же, по записанным нами формулам можно рассчитывать космические скорости не только для Земли, но и других тел Солнечной системы.

Как мы уже упоминали, что практически осуществить запуск первого искусственного спутника Земли удалось 4 октября 1957 года, то есть спустя два с половиной столетия после открытия Ньютона. Сейчас же в околоземном пространстве движутся тысячи искусственных спутников Земли, запущенных учёными разных стран. Они обеспечивают непрерывный мониторинг погоды, различных природных явлений, трансляцию телевидения и так далее. А, например, спутниковая навигационная система ГЛОНАСС и другие системы глобального позиционирования позволяют определить координаты любой точки Земли с высокой степенью точностью.

Для полётов космических аппаратов к другим планетам и телам Солнечной системы необходимо производит очень точные расчёты траекторий с использованием законов небесной механики. При их запуске исходят из трёх основных соображений. Во-первых, геоцентрическая скорость космического аппарата при выходе на орбиту относительно Земли должна превышать вторую космическую скорость. Во-вторых, после преодоления притяжения Земли гелиоцентрическая орбита аппарата должна пересекаться с орбитой данной планеты (или другого небесного тела). А также необходимо подобрать такой момент запуска, чтобы орбита аппарата была наиболее оптимальной с точки зрения сроков полёта, затрат топлива и ряда других требований.

Одним из классов межпланетных траекторий являются энергетически оптимальные орбиты, которые соответствуют наименьшей геоцентрической скорости космических аппаратов в момент достижения границы сферы действия Земли.

Рt1675180127ak.jpg ассмотрим одну такую орбиту на примере Марса. Для простоты будем считать, что орбиты Марса и Земли являются круговыми. Для оптимального запуска нужно выбрать такой момент, когда орбитальная скорость Земли и скорость космического аппарата будут сонаправлены. При этом запускаемый аппарат и Марс, двигаясь по своим орбитам, должны одновременно достигнуть точки встречи.

Полученная нами орбита называется полуэллиптической или гомановской, в честь немецкого астронома Вальтера Гомана, занимавшегося теорией межпланетных полётов.


 

Конструкция и оборудование современных космических аппаратов обеспечивают возможность совершения ими весьма сложных манёвров — выход на орбиту спутника планеты, посадка на планету и передвижение по её поверхности и т. п.

 

Приложение 2

Испытания «Хиуса»

t1675180127al.png
 


 


 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1675180127am.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1675180127an.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1675180127ao.png

 

Использованная литература

 

Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К. Астрономия. Базовый уровень. 11 класс. – М.: Дрофа, 2018.

Кунаш, М.А. Астрономия. 11 класс. Технологические карты уроков по учебнику Б.А. Воронцова-Вельяминова, Е.К. Страута — Волгоград: Методкнига, 2019.

Сурдин В. Г. Вселенная в вопросах и ответах / В.Г. Сурдин — «Альпина Диджитал», 2017.

 

 

Интернет-ресурсы

 

Видеоуроки в Интернет [Электронный ресурс] URL: https://videouroki.net/video/16-dvizhenie-iskusstvennyh-sputnikov-zemli-i-ka.html (Доступ по подписке).

1 https://videouroki.net/video/16-dvizhenie-iskusstvennyh-sputnikov-zemli-i-ka.html

в формате Microsoft Word (.doc / .docx)
Комментарии
Комментарии на этой странице отключены автором.