Мета: з'ясувати сутність реактивного руху, призначення, конструкція і принцип дії ракет, реактивне рух в техніці і в природі.
ТСО і наочність:- ПО: ОС Windows, Microsoft Power Point, мультимедіа-проектор, CD-диск курсу "Фізика. Бібліотека наочних посібників ", 1С: школа,
- Презентація "Реактивний рух", Додаток 1,
- Реактивний рух (таблиця),
- модель ракети.
Клас розбивається на групи по 2-4 людини, в залежності від наповнюваності класу. Робота групи оцінюється балами: один вірний відповідь-один бал. В кінці уроку бали підсумовуються, група має право розділити отримані бали в залежності від вкладу кожного учня в роботу групи. Учням отримав недостатню кількість балів вчитель дає додаткове завдання.
1. Який рух називається реактивним?
2. На якому законі засновано реактивне рух?
3. Від чого залежить швидкість ракети?
Робота в групах з питань:- Чи завжди зручно користуватися законами Ньютона для опису взаємодії тел?
- Що таке імпульс?
- Куди спрямований вектор імпульсу?
- Сформулюйте закон збереження імпульсу.
- Хто відкрив закон збереження імпульсу?
- Як проявляється закон збереження імпульсу при зіткненні тіл?
Після обговорення відповідає один учень від групи.
III. Вступне слово вчителя.
Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували самі різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилось оповідання французького письменника Сірано де Бержерака про подорож на Місяць. Герой цього оповідання дістався до Місяця в металевому візку, над яким він весь час підкидав сильний магніт. Притягаючи до нього, візок все вище підіймався над Землею, доки не досягнув Місяця.
А барон Мюнхгаузен розповідав, що виліз на Місяць по стеблині боба.
Але жоден учений, жоден письменник-фантаст за багато століть не зміг назвати єдиного розташованого у розпорядженні людини засобу, за допомогою якого можна подолати силу земного тяжіння і полетіти в космос. Це зміг здійснити російський вчений Костянтин Едуардович Ціолковський (1857-1935). Він показав, що єдиний апарат, спроможний подолати силу тяжіння - це ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовують пальне і окислювач, розташовані на самому апараті.
Досвід 1. Обдурити гумову кульку і відпустити його.
Питання. За рахунок чого кулька починає рухатися? Обговорення в групі
Висновок. Кулька починає рухатися за рахунок того, що з нього виходить повітря.
Учитель: Рух кульки є прикладом реактивного руху, і ви правильно вказали причину руху кульки.
Досвід 2. Учень встає на легкорухливою візок, зістрибує з неї. Візок рухається в протилежний бік.
Питання: Що спільного в першому і в другому дослідах? Обговорення в групі
Висновок. Візок і кулька прийшли в рух, тому що від них щось відокремилося (учень, повітря).
Після цього учні формулюють визначення реактивного руху:
Під реактивним розуміють рух тіла, що виникає при відділенні деякої його частини з певною швидкістю щодо тіла.
При цьому виникає т.зв. реактивна сила, що повідомляє тілу прискорення.
Реактивний двигун - це двигун, що перетворює хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку. На яких же принципах и фізичних законах основується його дія?
1. сегнерова колесо.
Після демонстрації дослідів вчитель задає питання:
За рахунок чого виникає такий рух?
Чому відхиляється трубка? Чому злітає повітряна кулька?
Чому рухається ракета?
Як розрахувати швидкість. яку може розвинути ракета?
Обговорення питань в групі. Відповідає один учень від групи.
Учитель: К.Е. Ціолковський вивів формулу, що дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку може розвинути ракета. Спробуємо і ми вивести формулу для розрахунку максимальної швидкості руху.
Завдання: використовуючи закон збереження імпульсу розрахувати максимальну швидкість руху ракети.
Учні роблять в зошиті такий запис:
Згідно з третім законом Ньютона:
де Fl - сила, з якою ракета діє на розпечені гази, a F2 - сила, з якою гази відштовхують від себе ракету.
Модулі цих сил рівні: Fl = F2.
Саме сила F2 і є реактивної силою. Розрахуємо швидкість, яку може придбати ракета.
Якщо імпульс викинутих газів дорівнює mг Vг. а імпульс ракети mp vp. то із закону збереження імпульсу отримуємо: mг Vг = mp vp
Таким чином, швидкість ракети тим більше, чим більше швидкість витікання газів. і чим більше відношення - mг / mp
Питання: В яких випадках справедлива ця формула?
Відповідь: виведена формула справедлива тільки для випадку миттєвого згоряння палива. Такого бути не може, так як миттєве згоряння - вибух. На практиці маса палива зменшується поступово, тому для точного розрахунку використовують більш складні формули.
Питання. Від чого залежить швидкість руху?
Відповідь. Максимально досяжна швидкість залежить в першу чергу від швидкості вильоту газів із сопла, яка в свою чергу залежить перш за все від виду палива і температури газового струменя. Чим вище температура, тим більше швидкість. Значить, для ракети потрібно підбирати саме калорійне паливо, яке надає найбільшу кількість теплоти. Відношення маси палива до маси ракети в кінці роботи двигуна (тобто по правді до ваги пустої ракети) називається числом Ціолковського. Основний висновок полягає в тому, що в безповітряному просторі ракета розвине тим більшу швидкість, чим більша швидкість витоку газів і чим більше число Ціолковського.
Включення слід сказати, що сучасні технології виробництва ракетоносіїв не можуть дозволити перевищити швидкості в 8-12 км / с. Для третьої космічної швидкості (16,4 км / с) необхідно, щоб маса палива перевершувала масу оболонки носія майже в 55 разів, що на практиці реалізувати неможливо. Отже, потрібно шукати інші способи побудови ракетоносіїв.
IV. Вирішення задач.
Яку швидкість Vp набуває ракета, якщо маса mг миттєво викинутих газів становить 0,3 m ракети, а їх швидкість V = 2км / с.
Яку швидкість набуває ракета, якщо маса mг миттєво викинутих газів становить 0,5 m ракети, а їх швидкість V = 2км / с.
Визначити швидкість Vp ракети, якщо вихід газів відбувається зі Vг = 300 м / c. До зльоту mp з пальним дорівнює 600 г, а пального - 300 м
Перевірка рішення задач. Виставлення балів.
V. Реактивний рух в природі.
Каракатиці, восьминоги при русі у воді також використовують реактивний принцип переміщення. Набираючи в себе воду, вони, виштовхуючи її, набувають швидкість, спрямовану в бік, протилежний напрямок викиду води.
VI. Перевірка засвоєння теми.
1. Чому дорівнює добуток маси ракети m на прискорення її руху a по визначенню?
А. Імпульсу. Б. Силі. С. Енергії. Д. Швидкості.
2. Чому дорівнює імпульс ракети і пального до початку роботи двигунів?
А. 2mv. Б. -2mv. В. Mv. Д. 0
3. Який великий російський вчений зміг довести, що тільки ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовують пальне і окислювач, розташовані на самому апараті, може подолати силу тяжіння?
А. Корольов. Б. Ціалковского. В. Кибальчич. Д. Гагарін.
4. Як називається двигун, що перетворює хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку?
А. Тепловий. Б. Реактивний. В. Електричний. Д. Газовий.
Від чого залежить швидкість ракети?
А. Маси ракети. Б. Маси газів. В. Від сили тяжіння до Землі. Д. Маси ракети і маси газів.
VII. Повідомлення учнів про життя і наукової діяльності С.П. Королева, К.Е. Ціолковського, про Ю.А. Гагаріна і В.А. Терешкової.
VIII. Підбиття підсумків. Виставляння оцінок.