Конспект урока физики в 9 классе по теме «Искусственные спутники Земли»

Разработка урока  физики в 9 классе по теме «Искусственные спутники Земли» (с элементами технологии развития критического мышления)

Автор: Светлана Евгеньевна Мунасыпова, учитель физики

Сертификат участника Общероссийского конкурса «Шкатулка научного познания», май 2014 г.

Свидетельство о публикации на Всероссийском интернет-портале «Открытый урок: обучение, воспитание, развитие, социализация» http://open-lesson.net/3213/ Май, 2015 г.

Тип урока: урок ознакомления с новым материалом.
Цель  урока:  изучить физические основы запусков искусственных спутников Земли.

Задачи урока:
Обучающие:
1) изучить движения тел в гравитационном поле Земли;
2) вывести формулу первой космической скорости, используя закон всемирного тяготения и закономерность движения тел по окружности;
3) ознакомить учащихся с ролью отечественной науки в освоении космического пространства;
4) формировать информационную и коммуникационную компетенции учащихся;
5) совершенствовать учебные умения: делать умозаключения, строить выводы;
6) изучить сущность новых понятий: баллистика, первая космическая скорость, вторая космическая скорость, искусственный спутник Земли;

Воспитательные:
1) формировать интерес учащихся к новому материалу через практическую значимость изучаемой темы;
2) развивать научное мировоззрение учащихся;
3) воспитывать  патриотизм и чувство гордости за свою Родину  при знакомстве с историческими фактами и личностями;

Развивающие:
1) развивать  аналитическое и критическое мышление:  выделять причинно-следственные связи,  осмысливать  новые  знания в контексте уже имеющихся,  проводить критический анализ и систематизировать  информацию;
2) стимулировать самообразование и самоорганизацию учащихся;
3) развивать эмоции, речь, внимание, память.

Методы обучения:
1) лекция с элементами беседы,
2) рассказ,
3) показ презентации,
4)демонстрация компьютерных  анимаций,
5) демонстрация кинофрагмента,
6) самостоятельная работа.

Форма организации учебной деятельности: фронтальная.

Оборудование: персональный компьютер, мультимедиа проектор, раздаточный материал  с эпиграфами, характеристиками критического мышления  и опорными таблицами для учащихся, презентация учителя, компьютерные анимации «Движение тел в поле тяготения Земли», видеофрагмент «Освоение космоса»,  учебник А.В. Перышкин, Е.М. Гутник  «Физика 9 класс».

Ход урока:
 1 этап: Организационный момент.
Организация класса: проверка присутствия учащихся на уроке, проверка  готовности к уроку - раздаточный материал для учащихся, калькуляторы.

2 этап: Создание исходной мотивации  и  сообщение темы урока.
            Учитель: ребята, на уроках физики мы уже многое  узнали о движении тел. Сейчас мы  подходим к концу изучения главы  «Основы динамики». Но осталась еще одна важная тема, понимание которой было бы невозможно  без знания  закона всемирного тяготения и закономерностей движения тел по окружности. Это тема посвященная запуску искусственных спутников  на орбиту Земли. Она важна для нас еще и потому, что в настоящее время искусственные спутники Земли выполняют многие незаменимые функции в обеспечении связи, навигация, картографии, оборонной отрасли, научных исследованиях - то  есть имеют широкое практическое и научное  применение.

3 этап: Изучение нового материала.
3.1. Обсуждение цели урока вместе с  учащимися:
Учитель: основная цель урока – изучить физические основы запусков искусственных спутников Земли.
В ходе урока нам предстоит работа с различной информацией:
 - уже известные вам научные факты и законы;
- новые сведения, узнаваемые  на уроке в ходе совместного обсуждения темы вместе с учителем, одноклассниками; в ходе просмотра кинофрагмента;
- информация, полученная самостоятельно, путем умозаключений на основе прежних знаний.
 Эта информация потребует осмысления и обработки.  Для этого ваше мышление должно быть очень активным и критичным – то есть вы должны проводить отсев информации, выделяя в ней то главное, что вам нужно в данный момент.         Систематизировать знания вам помогут опорные таблицы, помещенные в опорном конспекте.
            3.2. Знакомство с раздаточным материалом:
Эпиграфы:
«Планета есть колыбель разума. Но нельзя вечно жить  в колыбели …                  
Земля  необходима,  как опора для распространения и упрочнения человечества в Солнечной системе … ».                                
К. Э. Циолковский
«Мыслить человек начинает тогда, когда у него появляется потребность что-то понять”.     
Л.С. Рубинштейн

Характеристики критического мышления:
Думать критически это:

• Проявлять любознательность
• Использовать исследовательские методы
• Ставить перед собой вопросы
• Осуществлять планомерный поиск ответов
• Вскрывать причины и последствия фактов
• Сомневаться в общепринятых истинах
• Отстаивать свою точку зрения
• Быть внимательным к аргументам оппонента.

Учащиеся: Обдумывание смысла эпиграфов, характеристик критического мышления, просмотр 2-ух опорных таблиц  (см. ниже).

3.3  Актуализация имеющихся знаний.
Учитель: Ребята, перед вами находится список вопросов, которые вы должны отнести стрелками к левой или правой колонке таблицы.
Таблица 1

На какие из перечисленных вопросов вы знаете ответы?
Запишите их в левую колонку вашей таблицы. Эти сведения должны помочь вам найти ответы на интересующие вас вопросы. 
Учащиеся:  заполняют сектора в левой части таблицы, затем проверяют их правильность в парах.

3.4. Осмысление содержания темы урока (получение информации от учителя, из кинофрагмента и ее активная обработка – обсуждение с напарником, с классом, систематизация с помощью таблиц).

Учитель: Теперь,  когда подготовка к изучению нового материала завершена, начнем искать ответы на интересующие нас вопросы.  Первый из них: «Как сделать тело искусственным спутником Земли?»
Давайте поставим мысленный эксперимент  и обсудим его в диалоге.
Вам приходилось играть в мяч. Как движется мяч, если его бросить параллельно земле?
Ученики: По кривой – параболе и падает на землю.
Учитель: Скажите, а как будет меняться траектория мяча, если вы увеличите скорость броска?
Ученики: Траектория станет более  длинной, а кривизна уменьшится.
Учитель: Все верно!  Такое движение рассматривает  баллистика –  наука изучающая полеты артиллерийских снарядов. Одним из ее основоположников в 17 веке был  Исаак Ньютон (Слайд 1).

Слайд № 1.
В работах Ньютона можно найти интересный рисунок, показывающий, как можно осуществить переход от простого падения тела по параболе к орбитальному движению тела вокруг Земли.  «Брошенный на землю камень,- писал Ньютон,- отклонится под действием тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет, наконец,  на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадет дальше. Продолжая эти рассуждения, нетрудно прийти к выводу, что если бросить камень с высокой горы с достаточно большой скоростью, то его траектория могла бы стать такой, что он вообще никогда не упал бы на Землю,  превратившись в ее искусственный спутник».
Ученики: делают запись в секторе № 2 таблицы 1 – «запустить горизонтально с большой скоростью».
Учитель: Из этого следует,  что задача запуска спутника сводится  расчету той самой особенной скорости, которая позволит ему вращаться, совершая свободное падение и не достигая земли по той причине, что  кривизна его траектории повторяет форму Земли! Эту скорость назвали первой космической. Запишите ее название в таблице 1 (сектор № 4).
Давайте выведем формулу первой космической скорости из формулы центростремительного  ускорения. 
Ученики:  самостоятельно получают формулу первой космической скорости вблизи поверхности Земли.
Учитель: Подставьте значение   g= 9,8 м/с2 ,   R Земли= 6400 000 м   и рассчитайте ее величину на небольшой высоте над Землей. У вас получилось: 7,9 км/с.
Ученик: выходит к доске и записывает вывод формулы и расчет первой космической скорости, класс сверяет результат с информацией слайдов  № 2 и № 3.

Слайд № 2.

Слайд № 3.
            Учитель: А теперь внесите полученные сведения  в таблицу 1, сектор № 4.
Сейчас обратимся к компьютерной модели движения тел под действием земного тяготения и заполним еще несколько секторов таблицы. 
 Далее идет демонстрация компьютерных анимаций  «Движение тел в поле тяготения Земли» (см. ссылку в Списке использованных источников).

Анимация № 1 – как мы узнали, при запуске тел горизонтально с малыми скоростями (десятки метров в секунду), тело падает по параболе недалеко от старта.
Анимация № 2- при увеличении скорости запуска до нескольких  км в  секунду тело движется  по баллистической кривой, огибая поверхность Земли, но обязательно падает на Землю.
Анимация № 3- при запуске с первой космической скоростью  тело становится искусственным спутником Земли, то есть движется по круговой геоцентрической орбите – на небольших высотах эта скорость равна около 8 км в секунду.
Анимация № 4- при движении вокруг Земли тело совершает свободное падение, если высота не превышает несколько сотен км.
Анимация № 5 - если же спутнику задать скорость чуть большую, чем первая космическая, то его орбита вытягивается и превращается в эллипс, если скорость не более 11,2 км в секунду (так называемая вторая космическая скорость) – двигаясь по эллипсу, тело все время возвращается к точке старта  (запись  № 6 в таблице 1).
Анимация № 6 - но если скорость спутника достигнет  второй  космической скорости, то он преодолеет  земное притяжение  и уйдет с околоземной орбиты по параболе  дальше в Солнечную систему - станет спутником Солнца (запись № 8 в таблице 1).

Ребята,  свою  идею  о движении камня вокруг Земли Ньютон высказал за 300 лет до того, как люди сумели создать аппараты,  способные двигаться в космическом пространстве.  Ведь требовалось попутно  решить множество задач – прежде всего, подниматься за пределы атмосферы (для устранения трения) и маневрировать  в безвоздушном пространстве  (здесь можно применять  лишь  реактивное двигатели).  Однако во второй половине 20 века  эти проблемы были решены,  и впервые в мире в нашей стране был произведен запуск  искусственного спутника  Земли.
За счет бескорыстного энтузиазма в годы тяжелейших испытаний  для всей нашей страны (ВОВ, «холодная война») теоретики и практики новой отрасли науки и техники, космонавтики, проложили дорогу в космос для всего человечества.
Сейчас мы увидим кинофрагмент «Освоение космоса» (См. ссылку в Списке использованных источников), посвященный нашим замечательным соотечественникам - первопроходцам  космоса. Вам надо воспринять информацию исторического характера и записать ее в соответствующие сектора таблицы 2 «Освоение космоса». Затем вы выразите свое эмоциональное отношение к  увиденному и услышанному. 
Но в дополнение я прошу вас быть  особенно внимательными и критичными: этот исторический  отрывок  содержит одну физическую ошибку (оговорка диктора). Постарайтесь ее не пропустить! А услышав – отметьте в таблице, но не выкрикивайте вслух.
Просмотр кинофрагмента  «Освоение космоса» - 3 мин. Во время просмотра ученики заполняют таблицу  2 «Освоение  космоса».
Таблица 2

Обсуждение  информации   и  эмоционального отношения учеников к  увиденному.
ОШИБКА: в  середине фильма диктор произносит « скорость спутника 8000 километров в час,  а на самом деле первая космическая скорость 8 000 метров в секунду!

 3.5. Рефлексия (постановка новых целей, размышление).
Учитель: Ребята, теперь, когда мы узнали все то, что намечали в цели урока, подумайте, какие еще вопросы, связанные с движением искусственных спутников Земли мы могли бы решить в будущем.
Ученики: Почему в космическом корабле на орбите невесомость, как  рассчитывать первую космическую скорость на больших высотах.
Учитель: Невесомость на орбите – одно из самых непривычных для человека и удивительных состояний. В чем ее причина? Какие предположения первыми приходят в голову? Выскажите гипотезы!
Один из возможных ответов учеников:
«На  большом расстоянии от Земли сила тяжести так слаба, что вес не ощущается»
Учитель: вот сведения для справки: наибольшая высота движения МКС составляет 400 км (Слайд № 4).

Слайд № 4.
Вычислите для сравнения силу тяжести, действующую на тело массой 1 кг на  Земле  и на высоте 400 км.  
Ученики:  проводят вычисления и убеждаются в том, что высказанная гипотеза была неверной.
Учитель:Вывод: причина невесомости не в уменьшении силы тяжести из-за большой высоты над Землей!
Рассмотрим другое объяснение, связанное со свободным падением (Слайд № 5).

Слайд № 5.
Сравним фотографии воды в невесомости на МКС и капли в свободном падении на Земле.
Ученики: Капли выглядят одинаково.
Учитель: Теперь сравним поведение тел на борту МКС и на борту летающей лаборатории Ил-76, находящейся в свободной падении (Слайд № 6).

Слайд № 6.
Ученики: Причина невесомости – свободное падение.
4 этап:  Подведение итогов урока и запись домашнего задания.
Учитель:  План урока выполнен! Однако круг вопросов, связанных с движением ИСЗ еще не исчерпан. Нам еще предстоит вывести формулу для расчета первой космической скорости на значительной высоте над Землей. Вы сможете сделать это самостоятельно дома и проверить себя по учебнику.
Задание на дом: параграф 20, упр. 19 (2,3); заполнить сектор № 13 в таблице 1 (расчёт первой космической скорости на различных высотах).
Сочинить синквейны на темы: «Искусственный спутник Земли», «Невесомость». Правила написания синквейна (Слайд № 7).

Слайд № 7.
Рекомендации: интересный материал о космонавтике можно найти на сайте Роскосмоса: www. federalspace.ru,  блог космонавта МКС, героя Российской Федерации Максима Сураева;  о движении тел в поле тяготения Земли – документальный сериал BBC с участием профессора Брайана Кокса «Чудеса Вселенной», серия «Падение».
Урок окончен.  Успехов вам,  ребята,  в изучении физики!

Список использованных источников:

1. Единая коллекция ЦОР (пошаговая анимация  по теме "Движение тел в поле тяжести Земли"). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://school-collection.edu.ru/catalog/res/ae0650b9-d520-cc7f-78e7-f3c4dddf2ce6/, свободный. – Загл. с экрана.
2. Заир-Бек С. И., Муштавинская И. В. Развитие критического мышления. – М.: «Просвещение», 2012.
3.  Освоение космоса (видеофрагмент).  [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://www.youtube.com/watch?v=nYOQ--8ktJc, свободный. – Загл. с экрана.
4. Перышкин А. В., Гутник Е. М.  Физика - 9 класс: учебник. – М.: ДРОФА, 2008.