Урок физики "Движение искусственных спутников Земли"

АННОТАЦИЯ

Методическая разработка учебного занятия «Движение искусственных спутников Земли» предназначен для проведения урока в группах, обучающих специалистов среднего звена, технический профиль. Материал урока соответствует требованиям ФГОС третьего поколения.

Учебное занятие позволяет, благодаря использованию на уроке видео - кейса и текстов, содержащих надпредметную информацию, углубить и экстраполировать знания по теме учебного занятия. Использование на уроке листов рабочей тетради позволяет экономить время, отведенное преподавателем на том или ином этапе урока.

 Студенты должны уметь:

1. использовать полученную информацию для решения проблемных вопросов

 2. работать с текстом, видео - кейсом

 3. выполнять компетентностно - ориентированные задания, (КОЗ) используя приемы: сравнения, аналогии, поиска, приема дополнения данных в ходе оценивания полноты информации

Данное учебное занятие целесообразно проводить в виде урока - исследования, так как данный вид учебного занятия позволяет развивать интерес к дисциплине физика, анализировать и применять информацию, полученную при просмотре видеосюжета и чтении текста для исследования того или иного вопроса.

На уроке используются кейс - метод, который позволяют развивать способность студентов к анализу информации и аргументированному, логически выстроенному доказательству своих идей и взглядов с повышением их коммуникативной активности, эмоциональной включенности в учебный процесс.

В ходе учебного занятия у преподавателя имеется возможность отследить следующие компетенции: ОК2, ОК 3, ОК 4, ОК 6, ОК 7, ОК 8.

Воспитательная направленность учебного занятия способствует формированию взаимоуважения, самоконтроля. Учебное занятие предусматривает продуктивную работу студентов с любым типом мышления.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ №25

Тема: «Движение искусственных спутников Земли (ИСЗ)»

Место и роль учебного занятия в преподавании дисциплин: раздел «Механика», тема 1. 2. «Основы динамики» учебное занятие №24 , позволяющее расширить и углубить знания, полученные при изучении физики в 9 классе

Цель урока: приобретение студентами функциональных навыков исследования как универсального способа систематизации и углубления прочных знаний (получаемых самостоятельно при просмотре видео, чтении текстов и решении комбинированных задач):

 физические явления, происходящие при движении ИСЗ;

 классификация и назначение ИСЗ;

 I, II , II Ш , IV космические скорости , траектории ИСЗ

формулы для расчета первой космической скорости, периода и плотности различных планет Солнечной системы

Задачи:

Обучающая:

Расширить и углубить знания студентов о движении ИСЗ.

ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ:

воспитание толерантности в процессе групповой работы:

 - стремление к реализации своих коммуникативных способностей,

 - умение выстраивать конструктивный полилог

Развивающая:

 создать условия для развития ключевых компетенциях (учебно - познавательные, общекультурные, коммуникативные, информационные) общепредметных физических компетенциях: невесомость, гравитация, свободное падение, космические скорости (I, II, III , IV)

Тип урока: комбинированное занятие

Вид учебного занятия: урок - исследование

Форма деятельности: фронтальная, групповая

ТСО: компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска

КМО: презентация, видео, учебники, тексты

Межпредметные связи: физика, астрономия, биология, экология

Используемые методы обучения:

вербальный: эвристическая и дедуктивная беседа.

наглядный: демонстрация видеофильма, презентации,

практический: КОЗы, листы рабочей тетради, тексты

исследовательский: обсуждение полученной информации, формулировка обобщений, выводов,

рефлексивный: итоговая рефлексия.

 Принципы:

коммуникативной направленности,

деятельностного подхода в обучении,

прочности усвоения знаний, умений,

наглядности, доступности и посильности.

Планируемы результаты: проявление инициативности, самостоятельности студентами в результате анализа информации и применения ее для решения проблемных вопросов. Повышение интереса к дисциплине физика.

 Ход урока

Весь материал – смотрите документ.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПОРФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ПЕРМСКИЙ ТЕХНИКУМ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА урока-исследования

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ФИЗИКА

ТЕМА: «Движение искусственных спутников Земли»

Автор: преподаватель Белёва Александра Алексеевна, 1-я квалификационная категория

Дата проведения: 4 декабря 2014 года

АННОТАЦИЯ

Методическая разработка учебного занятия «Движение искусственных спутников Земли» предназначен для проведения урока в группах, обучающих специалистов среднего звена, технический профиль. Материал урока соответствует требованиям ФГОС третьего поколения.

Учебное занятие позволяет, благодаря использованию на уроке видео-кейса и текстов, содержащих надпредметную информацию, углубить и экстраполировать знания по теме учебного занятия. Использование на уроке листов рабочей тетради позволяет экономить время, отведенное преподавателем на том или ином этапе урока.

Студенты должны уметь:

1. использовать полученную информацию для решения проблемных вопросов

2. работать с текстом, видео-кейсом

3.выполнять компетентностно-ориентированные задания, (КОЗ) используя приемы: сравнения, аналогии, поиска, приема дополнения данных в ходе оценивания полноты информации

Данное учебное занятие целесообразно проводить в виде урока-исследования, так как данный вид учебного занятия позволяет развивать интерес к дисциплине физика, анализировать и применять информацию, полученную при просмотре видеосюжета и чтении текста для исследования того или иного вопроса.

На уроке используются кейс-метод, который позволяют развивать способность студентов к анализу информации и аргументированному, логически выстроенному доказательству своих идей и взглядов с повышением их коммуникативной активности, эмоциональной включенности в учебный процесс.

В ходе учебного занятия у преподавателя имеется возможность отследить следующие компетенции: ОК2, ОК 3, ОК 4, ОК 6, ОК 7, ОК 8.

Воспитательная направленность учебного занятия способствует формированию взаимоуважения, самоконтроля. Учебное занятие предусматривает продуктивную работу студентов с любым типом мышления.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ №25

Тема: «Движение искусственных спутников Земли (ИСЗ)»

Место и роль учебного занятия в преподавании дисциплин: раздел «Механика», тема 1.2. «Основы динамики» учебное занятие №24 , позволяющее расширить и углубить знания, полученные при изучении физики в 9 классе

Цель урока: приобретение студентами функциональных навыков исследования как универсального способа систематизации и углубления прочных знаний (получаемых самостоятельно при просмотре видео, чтении текстов и решении комбинированных задач):

• физические явления, происходящие при движении ИСЗ;

• классификация и назначение ИСЗ;

• I, II ,II Ш , IV космические скорости , траектории ИСЗ

• формулы для расчета первой космической скорости, периода и плотности различных планет Солнечной системы

Задачи:

Обучающая:

Расширить и углубить знания студентов о движении ИСЗ .

ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ:

воспитание толерантности в процессе групповой работы:

-стремление к реализации своих коммуникативных способностей,

-умение выстраивать конструктивный полилог

Развивающая:

создать условия для развития ключевых компетенциях (учебно-познавательные, общекультурные, коммуникативные, информационные) общепредметных физических компетенциях: невесомость, гравитация, свободное падение, космические скорости (I, II, III ,IV)

Тип урока: комбинированное занятие

Вид учебного занятия: урок-исследование

Форма деятельности: фронтальная, групповая

ТСО: компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска

КМО: презентация, видео, учебники, тексты

Межпредметные связи: физика, астрономия, биология, экология

Используемые методы обучения:

• вербальный: эвристическая и дедуктивная беседа.

• наглядный: демонстрация видеофильма, презентации,

• практический: КОЗы, листы рабочей тетради, тексты

• исследовательский: обсуждение полученной информации, формулировка обобщений, выводов,

• рефлексивный: итоговая рефлексия.

Принципы:

• коммуникативной направленности,

• деятельностного подхода в обучении,

• прочности усвоения знаний, умений,

• наглядности, доступности и посильности.

Планируемы результаты: проявление инициативности, самостоятельности студентами в результате анализа информации и применения ее для решения проблемных вопросов. Повышение интереса к дисциплине физика.

Ход урока

Приложения

Приложение №1

Задание для исследования (компетентностно –ориентированное задание)

ПРИМЕЧАНИЕ: ЗАДАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСРЕДОТЕЧЕНЫ в технологической карте урока и ЛИСТАХ РАБОЧЕЙ ТЕТРАДИ

Приложение №2 Видеофрагмент

http://youtu.be/3MfpgZdsIv0?list=PL4kEFYgZTfI5gYmryE90-Ah-VJMfZC6Xu http://youtu.be/eXdYdENkSFM

Приложение №3 ТЕКСТ №1 «Космические скорости»

 Первая космическая скорость или Круговая скорость υ₁ —это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.
     Для вычисления первой космической скорости необходимо рассмотреть равенство центробежной силы и силы тяготения действующих на объект на круговой орбите. 





где m — масса объекта, M — масса планеты, G — гравитационная постоянная (6,67·10^-11 Н м²/ кг²), υ _I — первая космическая скорость, R — радиус планеты. Подставляя численные значения (для Земли M = 5,97·1024 кг, R = 6 378 км), найдем υ _I = 7, 9 км/с
Первую космическую скорость можно определить через ускорение свободного падения — так как g = GM/R², то

С увеличением расстояния от притягивающего объекта первая космическая скорость уменьшается.

     Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала относительно массы небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела. Предполагается, что после приобретения телом этой скорости оно не получает негравитационного ускорения (двигатель выключен, атмосфера отсутствует).

     Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой. Для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. Тело, имеющее около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца. Для Солнца вторая космическая скорость составляет 617,7 км/с.
      Параболической вторая космическая скорость называется потому, что тела, имеющие вторую космическую скорость, движутся по параболе.

     Вывод формулы:

     Для получения формулы второй космической скорости удобно обратить задачу — спросить, какую скорость получит тело на поверхности планеты, если будет падать на неё из бесконечности. Очевидно, что это именно та скорость, которую надо придать телу на поверхности планеты, чтобы вывести его за пределы её гравитационного влияния.

Запишем закон сохранения энергии

где слева стоят кинетическая и потенциальная энергии на поверхности планеты (потенциальная энергия отрицательна, так как точка отсчета взята на бесконечности), справа то же, но на бесконечности (покоящееся тело на границе гравитационного влияния — энергия равна нулю). Здесь m — масса пробного тела, M — масса планеты, R — радиус планеты, G — гравитационная постоянная, v2 — вторая космическая скорость.  Разрешая относительно v2, получим

Между первой и второй космическими скоростями существует простое соотношение:

При такой скорости тела описывают вокруг Земли не дугу, а эллипс, и тело удаляется на расстояние, достаточное для полного освобождения от земного притяжения
       Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство.
      Взлетая с поверхности Земли и наилучшим образом используя орбитальное движение планеты космический аппарат может достичь третей космической скорости уже при υ_III= 16,7 км/с относительно Земли,  а для полета в неблагоприятном направлении его необходимо разогнать до 72.8 км/с!

Четвёртая космическая скорость - минимально необходимая скорость объекта (без двигателя), позволяющая преодолеть притяжение нашей галактики "Млечный Путь". Четвёртая космическая скорость разная для разных точек Галактики, и зависит от расстояния до центральной массы (для нашей галактики таковой является объект Стрелец A*, сверхмассивная чёрная дыра). По грубым предварительным расчётам в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с.

Приложение №4 ТЕКСТ №2 «Назначение ИСЗ»

Искусственный спутник Земли (ИСЗ) — космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите

Прикладные ИСЗ

К прикладным ИСЗ относят спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач.

Таковыми являются спутники связи, метеорологические спутники, ИСЗ для исследования земных ресурсов, навигационные спутники, спутники технического назначения (для исследования воздействия космических условий на материалы, для испытаний и отработки бортовых систем) и др.

ИСЗ, выведенные на круговую экваториальную орбиту, удалённую на 35860 км от поверхности Земли, и движущиеся в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли, «висят» неподвижно над одной точкой земной поверхности; такие спутники называются стационарными

Энергопитание бортовой аппаратуры большинства ИСЗ осуществляется от солнечных батарей, панели которых ориентируются перпендикулярно направлению солнечных лучей или расположены так, чтобы часть из них освещалась Солнцем при любом его положении относительно ИСЗ (так называемые всенаправленные солнечные батареи). Солнечные батареи обеспечивают длительную работу бортовой аппаратуры (до нескольких лет). На ИСЗ, рассчитанных на ограниченные сроки работы (до 2—3 недель), используются электрохимические источники тока — аккумуляторы, топливные элементы. Некоторые ИСЗ имеют на борту изотопные генераторы электрической энергии. Тепловой режим ИСЗ, необходимый для работы их бортовой аппаратуры, поддерживается системами терморегулирования.

Спутники связи 

служат для обеспечения телевизионных передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10—15 тыс. км. Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. Спутники связи выводятся на высокие орбиты (до 40 тыс. км). К ИСЗ этого типа относятся советский ИСЗ «Молния», американский ИСЗ «Синком», ИСЗ «Интелсат» и др. Спутники связи, выведенные на стационарные орбиты, постоянно находятся над определёнными районами земной поверхности.

 Метеорологические спутники 

предназначены для регулярной передачи на наземные станции телевизионных изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500—600 км до 1200—1500 км; полоса обзора с них достигает 2—3 тыс. км. К метеорологическим спутникам относятся некоторые советские ИСЗ серии «Космос», спутники «Метеор», американские ИСЗ «Тирос», «ЭССА», «Нимбус». Проводятся эксперименты по глобальным метеорологическим наблюдениям с высот, достигающих 40 тыс. км (советский ИСЗ «Молния-1», американский ИСЗ «АТС»).
Исключительно перспективными с точки зрения применения в народном хозяйстве являются спутники для исследования природных ресурсов Земли. Наряду с метеорологическими, океанографическими и гидрологическими наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, сельского хозяйства, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды

Навигационные спутники.

Навигационные спутниковые системы предназначены для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей

Корабль, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ, координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью, устанавливает своё местоположение. Примером навигационных ИСЗ являются американские спутники «Транзит», «Навсат».

 Пилотируемые корабли-спутники - ИСЗ, предназначенные для полёта людей, 

Пилотируемые корабли-спутники и обитаемые орбитальные станции являются наиболее сложными и совершенными ИСЗ. Они,, как правило, рассчитаны на решение широкого круга задач, в первую очередь — на проведение комплексных научных исследований, отработку средств космической техники, изучение природных ресурсов Земли и др. Впервые запуск пилотируемого ИСЗ осуществлен 12 апреля 1961: на советском космическом корабле-спутнике «Восток» лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин совершил полёт вокруг Земли по орбите с высотой 327 км. 20 февраля 1962 вышел на орбиту первый американский космический корабль с космонавтом Дж. Гленном на борту. Новым шагом в исследовании космического пространства с помощью пилотируемых ИСЗ был полёт советской орбитальной станции «Салют», на которой в июне 1971 экипаж в составе Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева выполнил широкую программу научно-технических, медико-биологических и др. исследований

Астрономические спутники — это спутники предназначенные для исследования планет, галактик и других космических объектов.

Биоспутники — это спутники, предназначенные для проведения научных экспериментов над живыми организмами, в условиях космоса

Научно-исследовательские ИСЗ

Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют проводить разнообразные геофизические, астрономические, геодезические и др. исследования

С помощью научных приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный состав верхней атмосферы, её давление и температура, а также изменения этих параметров. Концентрация электронов в ионосфере и её вариации исследуются как с помощью бортовой аппаратуры, так и по наблюдениям прохождения сквозь ионосферу радиосигналов бортовых радиомаяков. С помощью ионозондов детально изучены структура верхней части ионосферы (выше главного максимума электронной концентрации) и изменения электронной концентрации в зависимости от геомагнитной широты, времени суток и т. п. Все результаты исследований атмосферы, полученные с помощью ИСЗ, являются важным и надёжным экспериментальным материалом для понимания механизмов атмосферных процессов и для решения таких практических вопросов, как прогноз радиосвязи, прогноз состояния верхней атмосферы и т. п.

ФОТО СПУТНИКОВ:

Спутник связи метеорологический навигационный пилотируемый астрономический биологический научно-

исслед-й

Приложение №5 Лист рабочей тетради

I. ПОСМОТРЕВ ВИДЕОФИЛЬМ, ОТВЕТЬ НА ВОПРОС, КОТОРЫЙ СООТВЕТСТВУЕТ ВЫБРАННОЙ ВАМИ ЦИФРЕ В ТАБЛИЦЕ:

Первая строка из таблицы

1.Какое физическое явление приводит к уменьшению орбиты ИСЗ ? На что расходуется сила тяги ракеты при ее подъеме? ОТВЕТ:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Какая сила изменяет направление движения ИСЗ, запущенных в околопланетное пространство? Можно ли создать спутник, который будет двигаться вокруг земли сколь угодно долго? ОТВЕТ:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Какое состояние испытывают космонавты во время полета? Как оно влияет на жизнедеятельность живых организмов?

ОТВЕТ:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II. С ПОМОЩЬЮ ТЕКСТА №1 ОТВЕТЬ НА ВОПРОС, КОТОРЫЙ СООТВЕТСТВУЕТ ВЫБРАННОЙ ВАМИ ЦИФРЕ В ТАБЛИЦЕ:

Вторая строка из таблицы

4.Какую скорость необходимо сообщить телу, чтоб оно стало ИСЗ? Равенство каких двух сил (законов) позволило вычислить эту скорость?

ОТВЕТ:_________________________

5. Какую скорость необходимо сообщить телу, чтоб оно стало спутником Солнца? Какую траекторию описывает тело вокруг Земли, двигаясь с такой скоростью?

ОТВЕТ:_________________________

6. Какую примерно скорость необходимо сообщить телу, чтоб оно преодолело притяжение Солнца и путешествовало в межгалактическом пространстве? От чего зависит эта скорость?

ОТВЕТ:______________________________________________________

III. РЕШите ЗАДАЧу С УЧЕТОМ ВЫБРАННОЙ ВАМИ ЦИФРЫ В ТРЕТЬЕЙ СТРОКЕ ТАБЛИЦЫ

7. Найдите период обращения спутника, движущегося вокруг некоторой планеты вблизи ее поверхности, если средняя плотность планеты р = 3 300 кг/м³

8.Представьте , что с космодрома, расположенного на экваторе, запущены четыре одинаковых спутника Земли на одинаковую высоту 1700 км: на север, юг, запад, и восток. При этом каждый следующий спутник запускали через 1 мин. после предыдущего. Столкнуться ли в полёте спутники? Орбиты считать круговыми. Определите скорость спутников.

9. Чему равна плотность планеты, если период обращения вокруг нее спутника, движущегося на небольшой высоте равен Т=87 мин?

IV.Заполните ОДНУ ИЗ СТРОК таблицЫ С УЧЕТОМ ВЫБРАННОЙ ВАМИ ЦИФРЫ

Приложение №6 Рефлексия

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ф.М. Очагов. Решение задач по механике. М.- «Просвещение»-165.

2. В.П. Демкович, Л.П. Демкович. Сборник задач по физике. М.-«Просвещение»

3.http://youtu.be/3MfpgZdsIv0?list=PL4kEFYgZTfI5gYmryE90-Ah-VJMfZC6Xu

4. http://youtu.be/eXdYdENkSFM

5.astronet.ru›db/msg/1177963

6. sat.belastro.net›glava2/glava2.php