Конспект урока по теме «Реактивное движение» (Физика, 10 класс)

Пояснительная записка

Данная работа посвящена разработке урока физики для 10 класса школы, а также 1 курса системы СПО по теме «Реактивное движение» с использованием мультимедийных технологий и приёмов проблемного обучения. Урок по этой теме существенно выигрывает от применения наглядности, в частности фрагментов известных мультфильмов, в которых затрагиваются законы реактивного движения.

Содержание учебного материала этого урока – принцип реактивного движения и его применение в природе, технике, космонавтике. В этом году отмечается 60 лет первого полета нашего соотечественника Ю.А.Гагарина в космос. Поэтому одна из задач урока - воспитание гордости за свою страну, внёсшую значительный вклад в освоение космоса.

Цели урока:

Обучающие:

• научить применять фундаментальные законы (закон сохранения импульса) в практических ситуациях;
  
• сформировать понятие о реактивном движении;
• обучить распознаванию признаков реактивного движения;
• дать представление об использовании реактивного движения в природе и технике;  

Развивающие:

• развития у студентов познавательного интереса при объяснении нового материала опираясь на имеющие у них знания;
  
• развитие навыков творческого мышления и умения преодолевать познавательные затруднения.

Воспитательные:

• воспитание эмоционально-положительного отношения к предмету;
  
• воспитание патриотизма и гордости за свою Родину;
• содействие формированию профессиональной ориентации, формирование интереса к космонавтике, к исследовательским и техническим профессиям.

Оборудование и материалы:

1. Компьютер с выходом в Интернет,
   
2. мультимедийный проектор.
3. программное обеспечение: Microsoft Office PowerPoint;
4. презентация к уроку;
5. доклады студентов;

Объём занятия: урок (45 мин)

Межпредметные связи: математика, космонавтика, биология, история, литература и языкознание.

Ход урока.

I. Оргмомент. (1 мин) (Слайд 1)

Учитель: На прошлом уроке мы познакомились с такими понятиями как импульс тела, импульс силы, законом сохранения импульса. Сегодня мы рассмотрим одно из практических применений закона сохранения импульса, широко используемым в технике и природе. Прежде чем огласить новую тему, давайте вспомним материал прошлого урока.

II. Актуализация опорных знаний. (Блиц опрос) (4 мин)

Вопросы на слайдах презентации (Слайд 2)

 Какую физическую величину называют импульсом?

Если перед нами несколько тел, которые взаимодействуют только между собой, что можно сказать про импульс такой системы?

Что такое замкнутая система? 

А теперь выполним несколько тестовых заданий (Слайды 3-12)

1.Какое выражение определяет изменение импульса тела?

А. Ft; И. ma; О. mg; Р. mv;

2. Импульс силы находится по формуле

В. ma; Н. mg; И. mv; Е. Ft; .

3.Какова единица измерения импульса тела в СИ?

О. м/с; А. кгм/с; К. Нм; Т. Нс.

4.Какое выражение соответствует закону сохранения импульса для случая взаимодействия двух тел?

В. p=mv; А. Ft=m(v1-v2); К. m1* v1+ m 2*v2= m1*u1+ m2*u2; Т. F=ma.

5. Какова единица измерения импульса силы в СИ?

А. кгм/с; Т. Нс; К. Нм; О. м/с.

6.Чему равен импульс тела массой 2кг, движущегося со скоростью 3м/с?

В. 12кгм/с; Н. 9кгм/c; И. 6кгм/с; Е.0;

7. Чему равна масса тела импульс которого 20 кгм/с, движущегося со скоростью 5м/с?

В. 4кг; Н. 25кг; И. 15кг; Е.5кг;

8.Тележка массой 3кг, движущаяся со скоростью 4м/с, сталкивается с неподвижной тележкой той же массы и сцепляется с ней. Чему равен импульс тележек после взаимодействия?

В. 9кгм/c; Н.12кгм/с ; И. 6кгм/c; Е. 20кгм/c;

9. Тележка массой 3кг, движущаяся со скоростью 4м/с, сталкивается с неподвижной тележкой той же массы и сцепляется с ней. Чему равна скорость тележек после взаимодействия?

А. 4м/с; Е. 3м/с; К. 8м/с; О. 2м/с.

10. Скорость легкового автомобиля в 4 раза больше скорости грузового, а масса грузового – в 2 раза больше массы легкового. Сравните значения модулей импульсов легкового р1 и грузового р2 автомобилей.

А. 2р1=р2; Е. р1=2р2; К. 4р1=р2; О. р1=4р2.

Полученные ответы замените буквами. Какое слово вы получили? Реактивное

Тема урока сообщается учителем.

Одним из самых известных и практического использования закона сохранения импульса является – реактивное движение.

Открываем тетради, и записываем тему нашего урока “ Реактивное движение”.

Тема урока – РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ. (Слайд 13)

III. Изучение нового материала. (20 мин)

Учитель: Какое движение называют реактивным?

Попробуем ответить на этот вопрос, разобрав несколько примеров реактивного движения.

Учитель: Давайте вспомним популярный мультфильм «Приключения капитана Врунгеля». На последнем этапе регаты яхта «Беда» сильно отстала от конкурентов… (Демонстрация фрагмента мультфильма, в котором «Беда» пытается догнать другие яхты и капитан Врунгель приказывает достать шампанское) (Слайд 14)

Учитель: Зачем капитан Врунгель приказал достать шампанское? (Слайд 15)

Учащиеся: Шампанское использовалось для увеличения скорости яхты

Учитель: Вы правы. Давайте посмотрим, как это происходило

(Демонстрация фрагмента мультфильма, в котором «Беда» в котором яхта движется вперед за счет выстрелов бутылок шампанского.) (Слайд 16)

Учитель: За счет чего яхта «Беда» догнала другие яхты регаты?

Учащиеся: Пробки от бутылок летели назад, и сила отдачи толкала яхту вперед.

Учитель: Давайте теперь рассмотрим еще одно известное физическое явление — отдача пушки при выстреле. (Демонстрация видеоролика выстрела пушки и явления отдачи) (Слайд 17)

Учитель: Почему при выстреле пушка откатывается назад?

Учащиеся: Потому что снаряд вылетает с большой скоростью. И пороховые газы отталкивают пушку в противоположную сторону.

Учитель: Следующая демонстрация — полет воздушного шарика. (Ученик надувает воздушный шарик и отпускает)

Учитель: За счет чего летит воздушный шарик?

Учащиеся: Струя воздуха с большой скоростью летит вниз, толкая шарик вверх.

Учитель: Что же общего вы увидели в этих трех явлениях?

Учащиеся: Тело двигалось за счет того, что от него отделялась какая-то его часть.

Учитель: Какова особенность потери телом своей части?

Учащиеся: Часть отделялась от тела с большой скоростью. При этом тело двигалось в противоположную сторону.

Учитель: Какой физический закон проявляется во всех случаях?

Учащиеся: ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА.

Учитель: Как называется такой вид движения?

Учащиеся: Реактивное движение. (Ответ даётся на интуитивном уровне.)

Учитель: Теперь можно записать определение реактивного движения в тетрадь:

(Слайд 18)

«Реактивное движение — это движение, происходящее за счёт отделения от тела с какой-то скоростью некоторой его части».

С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова

Толковый словарь русского языка

2. полн. ф. Относящийся к образованию такого движения, при к-ром на движущееся тело действует сила вытекающей из него струи газа, пара, направленная в сторону, противоположную движению. Р. двигатель. Реактивное движение. Р. самолёт (с реактивным двигателем). Реактивная артиллерия.

Учитель: Рассмотрим этимологию слова реактивный. Слово образовано с помощью приставки Ре (Слайд 19)

Ре… (лат. re...) — приставка, указывающая на:

повторное, возобновляемое, воспроизводимое действие (регенерация, реконструкция и т. п.)

действие, противоположное (обратное) выраженному корнем слова (ревизия, регресс и т. п.);

противодействие (реакция и т. п.)

(Слайд 20)

Принцип реактивного движения известен очень давно. Известный греческий математик и механик Герон Александрийский изобрёл шар Герона, работающий на этом принципе. Давайте посмотрим, как работает данный механизм.

(Демонстрация видеофрагмента, иллюстрирующего вращение шара Герона) (Слайд 21)

Учитель: А какие вы знаете технические устройства, использующие реактивное движение.

Учащиеся: Реактивные самолёты, ракеты, фейерверки.

Учитель: Ракеты были изобретены ещё в древнем Китае. Устройство таких ракет было очень простым. (Слайд 22)

Давайте посмотрим видеофрагмент из мультфильма «Остров сокровищ», где показаны все этапы создания простейшей ракеты

(Демонстрация фрагмента мультфильма «Остров сокровищ», в котором герой фильма делает и запускает ракету) (Слайд 23)

Учитель: Из видеоролика видно, что для изготовления ракеты необходимо взять трубку поместить туда горючее вещество (топливо) и закрыть одно из отверстий трубки. При горении топлива в ракете образуются раскалённый газ, который давит во все стороны. Но так как один конец трубки закрыт, а другой открыт, то газ будет выходить из отрытой части, толкая ракету. (Слайд 24)

Учитель: В основе движения ракеты лежат принципы реактивного движения, а значит, это движение подчиняется закону сохранения импульса. Из сопла ракеты с огромной скоростью вылетают продукты сгорания топлива (раскаленные газы) и, согласно закону сохранения импульса, сама ракета получает сильный «толчок» в противоположном направлении. (Слайд 25)

Совместная деятельность преподавателя и учащихся: вывод формулы скорости движения ракеты. (Слайд 26)

Рассчитаем скорость, которую может приобретать ракета. Для этого введем обозначения:

  m_р – масса ракеты;

  m_г – масса газов;

 v_р – скорость ракеты;

 v_г – скорость газов.

Предположим, что начальная скорость ракеты с запасом топлива равна нулю и что ракета сразу выбрасывает весь запас топлива в виде газа. Тогда, согласно закону сохранения импульса,

 m_рv_р + m_гv_г=0

Где m_рv_р  - импульс ракеты, m_гv_г - импульс газов.

Спроецируем это векторное уравнение на выбранную ось ох, направленную вдоль скорости движения ракеты: 

m_рv_р - m_гv_г=0

Откуда следует, что скорость ракеты .

Ясно, что выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Такого быть не может, так как мгновенное сгорание это взрыв. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы и уравнения. Уравнение для движения тела переменной массы было разработано русским математиком И.В. Мещерским в 1897 году. (Слайд 27) Уравнение движения ракеты впервые опубликовано другим нашим соотечественником К. Э. Циолковским в 1903 в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами». По формуле Циолковского определяется максимальная скорость, которую может получить одноступенчатая ракета в идеальном случае, когда её полёт происходит не только вне пределов атмосферы, но и вне пределов поля тяготения Земли.

Мы рассмотрели устройство простейшей ракеты. А теперь разберём устройство космической ракеты. (Слайд 28) Первый элемент ракеты - высокопрочная оболочка. Второй – топливный бак. Реактивная тяга создаётся за счет газов, образующихся при сгорании топлива. А теперь подумайте, чего не будет хватать ракете в космосе для полёта. Для этого вспомним из курса химии, что такое горение.

Учащиеся: горение это быстрый процесс окисления.

Учитель: что является окислителем в простейшей ракете?

Учащиеся: окислителям служит кислород, содержащийся в воздухе. В космосе нет кислорода, поэтому для горения топлива нужен его запас.

Учитель: совершенно верно. В состав ракеты также входит бак с окислителем. Кроме того, горение топлива происходит не во всем объеме ракеты, а в небольшой её части, называемой камерой сгорания. Камера сгорания является одним и компонентов ракетного двигателя. Горючее и окислитель дозировано подаются с помощью специальных насосов. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Благодаря большой разности давления в камере сгорания и в космическом пространстве, газы с камеры сгорания мощной струей устремляются наружу через сопло. Такая схема устройства космической ракеты также была разработана Циолковским. Этот ученый - самоучка внес большой вклад в становление и развитие космонавтики. Подробно о деятельности Циолковского нам расскажет учащийся,,,

IV. Доклады учащихся. (10 мин)

Доклад учащегося «Циолковский – основоположник космонавтики»

Учитель: Начиная с середины прошлого века люди планомерно осваивают космическое пространство. Об успехах нашей страны в освоении космоса расскажет учащийся…

Доклад учащегося «Достижения СССР и России в освоении космоса»

V. Закрепление изученного материала. (8 мин)

Учитель: А теперь решим несколько задач по изученной теме. В мультфильме про капитана Врунгеля яхта Беда двигалась за счет вылета пробок шампанского, а как еще можно было использовать бутылки с шампанским для увеличения скорости яхты?

Учащиеся: Бутылки можно было кидать назад. Так как масса бутылки больше массы пробки, то и скорость яхты в этом случае была бы больше.

Учитель: Давайте рассчитаем во сколько раз будут отличаются скорости яхты. Какие данные нам для этого потребуются?

Учащиеся: Масса пробки, масса бутылки, скорость вылета пробки шампанского и скорость броска бутылки человеком.

Учитель: Кто знает, чему равны данные величины?

Учитель: Где же нам узнать необходимые данные?

Учащиеся: Воспользоваться сетью Интернет.

Учитель: Правильно.

Вызываются 4 человека, которые садятся за компьютер и ищут нужную информацию.

Учитель: Пока ребята работают, мы рассмотрим следующую задачу. Волк из мультфильма «Ну погоди» попал в похожую с капитаном Врунгелем ситуацию. Посмотрим фрагмент, где Волк на яхте догоняет корабль. (Демонстрация фрагмента, в котором Волк, для увеличения скорости яхты дует на парус). (Слайд 29)

Учитель: Возможен ли такой способ движения? (Слайд 30)

Учащиеся: Такой способ движения невозможен. Яхта вообще не тронется с места. Импульс Волка, приобретаемого за счет выдуваемого воздуха, будет равен импульсу паруса, в который данный воздух попадает. Так как Волк и парус «связаны» с яхтой, её скорость останется нулевой.

Учитель: На самом деле всё не так просто. При некоторых условиях яхта сможет двигаться. Предлагаю дома провести исследование и выяснить, можно ли заставить двигаться яхту, дуя на парус.

Учитель: Теперь, когда найдены все данные, будем решать задачу с яхтой Беда.

Масса пробки 8 грамм, масса бутылки 1 кг 650 грамм. Средняя скорость пробки 60 км/ч, средняя скорость броска бутылки 20 м/с

К доске вызывается учащийся

Учитель: Таким образом бросать бутылки намного эффективнее.

VI. Подведение итогов урока. Выдача домашнего задания. (2 мин).

Ответить на вопросы.

1. Что такое реактивное движение? Приведите несколько примеров реактивного движения в природе.
   
2. Какие существуют типы реактивных двигателей и где они используются?
3. Может ли реактивный самолет летать в безвоздушном пространстве?

Решить задачу. (Слайд 31)

Чему равна реактивная сила тяги двигателя, выбрасывающего каждую секунду 15 кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3 км/с относительно ракеты?

Информационные источники.

1. Физика. 10 класс. Базовый уровень. Учебник / Касьянов В.А.  -М., Дрофа, 2014. -287 с
   
2. А так ли хорошо знакомо вам реактивное движение? // Квант. – 2007. – № 5. – С. 32-33.
3. Ожегов С. И., Шведова Н. Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений / Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова. — 4-е изд., дополненное. — М.: Азбуковник, 1999.
4. Реактивное движение в природе и технике. [Электронный ресурс] -URL: https://www.poznavayka.org/fizika/reaktivnoe-dvizhenie-v-prirode-i-tehnike/
5. Реактивное движение [Электронный ресурс] -URL: https://phscs.ru/physics8/jp
6. Фрагменты мультфильмов «Приключения капитана Врунгеля», «Остров сокровищ», «Ну погоди».