Цели  урока:

а) Обучающая: изучение основных сил в природе

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

Задачи  урока:

Изучить движение искусственных спутников Земли используя закон всемирного тяготения

Обеспечение урока:

«Физика 10» (авторы Дынич В.И., Толкачев Е.А и др.)

«Физика 9» (авторы Кикоин И. К., Кикоин А. К.   и др.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания– 5 мин

3. Объяснение нового материала – 10 мин

4. Решение задач – 22 мин

4. Физкультурная минутка – 5 мин

5. Домашнее задание – 2 мин

Домашнее задание: стр. 36-37

Конспект урока:

На том уроке мы изучили как движется тело, которому на высоте h над Землей сообщена начальная скорость v_o в горизонтальном направлении. Тело движется по ветви параболы, и, двигаясь по ней, оно в конце концов падает на Землю. При этом мы принимали, что поверхность Земли плоская. Такое упрощение допустимо при не очень больших скоростях, при которых дальность полета сравнительно невелика (рис. 110).

Земля уходит из-под тела. В действительности Земля — шар. Поэтому одновременно с продвижением тела по его траектории поверхность Земли несколько удаляется от него (рис. 111).

И можно подобрать такое значение скорости тела v_o, при котором поверхность Земли из-за ее кривизны будет удаляться от тела как раз на столько, на сколько тело приближается к Земле благодаря притяжению к ней. Тогда тело будет двигаться на постоянном расстоянии h от поверхности Земли, т. е.

по окружности радиусом R₃+h, где R₃ — радиус Земли (рис. 112). Какова эта скорость?

Искусственный спутник Земли. Раз тело движется равномерно по окружности, то его ускорение центростремительное и по модулю оно равно

Это ускорение телу сообщает сила притяжения к Земле; ее модуль равен:

Здесь М₃ — масса Земли, m — масса тела.

По второму закону Ньютона:

Следовательно,

Откуда

Значит, если телу сообщить в горизонтальном направлении на высоте h над Землей скорость, определяемую этой формулой, то оно будет двигаться по окружности вокруг Земли. Такое тело называется искусственным спутником Земли (ИСЗ).

Первая космическая скорость. Спутником Земли может стать тело любой массы, лишь бы ему была сообщена достаточная скорость (в формулу масса тела не входит!). Эта скорость, вычисляемая по формуле, называется первой космической скоростью. Первая — потому что есть еще и вторая, и третья космические скорости, которые мы здесь вычислять не будем.

Вычислим первую космическую скорость для ИСЗ, запускаемого вблизи поверхности Земли (h≈0).

Напомним, что

и, следовательно,

Отсюда для скорости v получаем выражение:

Подставив в эту формулу значения величин g = 9,8 м/с² и R_з = 6,4∙10⁶ м, получаем

V ≈ 8 км/с

Такую скорость в горизонтальном направлении нужно сообщить телу на небольшой, сравнительно с радиусом Земли, высоте, чтобы оно не упало на Землю, а стало ее спутником, движущимся по круговой орбите. Иногда именно эту скорость («8 км/с) называют первой космической скоростью. Восемь километров в секунду — это почти 29 000 километров в час! Сообщить телу такую скорость, конечно, не просто. Только в 1957 г. советским ученым впервые в истории человечества удалось с помощью мощной ракеты сообщить телу массой около 85 кг первую космическую скорость, и оно стало первым искусственным спутником Земли. Сейчас в околоземном пространстве движутся многие тысячи ИСЗ, запущенных учеными разных стран. Но старт в космос человечеству был дан с территории нашей страны советскими учеными. Движение спутников вокруг Земли происходит под действием только силы всемирного тяготения, которая сообщает всем телам одинаковое ускорение — и спутнику, и всему, что в нем находится. Это значит, что все тела в спутнике, в том числе и пассажиры, находятся в состоянии невесомости.

Вопросы

1. Как должна быть направлена скорость тела в момент его вывода на круговую орбиту, чтобы оно стало искусственным спутником Земли?

2. Как направлено ускорение искусственного спутника Земли?

3. Можно ли считать движение ИСЗ равноускоренным?

4. Советский космонавт А. Леонов впервые в истории вышел из космического корабля в открытый космос. Был ли он в это

время в состоянии невесомости?

Упражнения

1. Вычислите период обращения спутника Земли на высоте 300 км.

2. Вычислите первую космическую скорость для высоты над Землей, равной радиусу Земли.

3. На какой высоте над поверхностью Земли первая космическая скорость равна 6 км/с?

4. На какой высота над поверхностью Земли долежи быть запущен спутник, чтобы период его обращения по орбите был равен 24 ч?