Подготовить сообщение исз при каких условиях движущееся тело остановится
Обновлено: 02.07.2024
Тема урока: Искусственные спутники Земли (ИСЗ).
- дать представление об ИСЗ, раскрыть понятие и значение первой, второй и третьей скоростей; сформировать умение рассчитывать первую космическую скорость;
- развитие вычислительных навыков при решении физических задач;
- формирование мировоззрения в процессе изучения физики, воспитание чувства патриотизма.
Тип урока: комбинированный.
1. Организационный момент
2. Актуализация знаний (фронтальный опрос)
Мы знаем, что движение тела по окружности всегда происходит с ускорением.
Куда же направлено ускорение тела при его движении по окружности с постоянной по модулю скоростью?
(Ускорение направлено по радиусу окружности к ее центру.)
Как называется это ускорение? Что это за ускорение?
(Центростремительное ускорение – ускорение, с которым тело движется по окружности с постоянной по модулю скоростью.)
По какой формуле можно вычислить модуль вектора центростремительного ускорения?
3. Самостоятельная работа
I вариант
1. Укажите на рисунке направление вектора ускорения в точке А при равномерном движении тела по окружности.
2. Скорость некоторой точки на грампластинке 0,3 м/с, а центростремительное ускорение 0,9 м/с2. Найдите расстояние этой точки от оси вращения.
II вариант
1. Укажите на рисунке направление вектора скорости в точке А при равномерном движении тела по окружности.
2. Конькобежец движется со скоростью 10 м/с по окружности радиусом 20 м. Определите его центростремительное ускорение.
4. Изучение нового материала
Людей всегда манили дали,
Их вечно океаны звали.
И космос жил не торопясь,
Он был загадочен и страшен.(А. Семенов)
ИСЗ – тело, которое вращается по круговой орбите с постоянной скоростью вокруг Земли. (Запись в тетрадях)
Движение спутника является примером свободного падения, так как происходит только под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря тому, что обладает достаточно большой скоростью. Значит, для того чтобы некоторое тело стало ИСЗ, его нужно вывести за пределы атмосферы и придать ему определенную скорость. Рассчитаем эту скорость, которую называют первой космической скоростью. (Приложение 1, слайд 5) Вывод формулы запишем в тетрадь.
- Скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли.
- Скорость не зависит от массы спутника. (Запись в тетрадях)
По формуле можно рассчитать скорость спутника любой планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус данной планеты. Минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности планеты, чтобы оно стало искусственным спутником, называют первой космической скоростью. (Запись в тетрадях)
Рассчитаем эту скорость для Земли (Приложение 1, слайд 6)
Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землей, превышает первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс. Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При скорости, равной 11,2 км/с, которая называется второй космической, тело преодолевает притяжение к Земле и уходит в космическое пространство. При такой скорости тело становится спутником Солнца. (Приложение 1, слайд 7)
Вторая космическая скорость – это минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли и стало искусственной планетой – искусственным спутником Солнца. (Запись в тетрадях)
Минимальная скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Солнца и покинуло пределы Солнечной системы называется третьей космической скоростью. (Запись в тетрадях)
Третья космическая скорость равна 16,7 км/с.
(Приложение 1. Слайды 8, 9)
5. Физминутка – психологическая разгрузка
Предлагаю вам под музыку прослушать исторические сведения о различных спутниках, испытать гордость за наших соотечественников, чей вклад в достижение изучения вселенной неоспорим. (Приложение 2, Приложение 3)
6. Первичное закрепление материала (решение задач)
1. Какую скорость должен иметь спутник, чтобы двигаться вокруг Земли по круговой орбите на высоте 3600 км над ее поверхностью? Радиус Земли 6400 км, масса Земли 6.1024 кг. (Учитель объясняет у доски)
Ответ: 6,3 . 103 м/с
2. Работа в группах.
Определить первую космическую скорость для спутников, вращающихся вокруг Земли на различных высотах (обратиться к доске). Rз = 6400 км, Мз = 6.1024 кг
I ряд: h = 940 км (Ответ: 7,4 км/с)
II ряд: h = 1650 км (Ответ: 7 км/с)
III ряд: h = 1880 км (Ответ: 6,9 км/с)
3. Определить первую космическую скорость для запуска спутника с поверхностей планет
6. Подведение итогов (фронтальный опрос)
Основные вопросы фронтального опроса (Приложение 1, слайд 10)
Рефлексия урока:
– Что было объектом изучения на нашем урока?
– Что нового мы узнали на уроке?
– Выполнили ли мы поставленные задачи?
– Знания каких предметов вам пригодились на этом уроке
– Какие области взаимодействия мы использовали на этом уроке?
7. Домашнее задание: §20, упр. 19.
Посмотрев данный видеоурок, вы узнаете, почему спутники не падают на поверхность Земли при своём движении вокруг неё. Также мы выясним, существует ли связь между обращением спутника вокруг планеты и свободным падением. Узнаем, от чего зависит скорость спутника на круговой орбите. А также научимся определять массу планеты, если известны период обращения вокруг планеты её спутника и радиус его орбиты.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Искусственные спутники Земли"
На прошлом уроке мы с вами говорили о том, что в случае, когда скорость тела и сила, действующая на тело, направлены вдоль пересекающихся прямых, то тело будет двигаться по криволинейной траектории. Однако, через некоторое время, описав дугу, тело остановится. Причиной этого являются действия на него сил трения и сопротивления воздуха, которые и уменьшают его скорость. Но если нам удастся свести действие этих сил к минимуму, то шарик сможет описать вокруг крепления шнура́ одну или даже несколько окружностей.
Примером такого движения может служить обращение планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет.
Все спутники делятся на две категории: естественные и искусственные.
Естественные спутники планет — это космические тела естественного происхождения, которые вращаются вокруг планет. Самым известным нам естественным спутником является Луна.
Искусственные спутники — это космические аппараты, созданные людьми, которые позволяют наблюдать за планетой, около которой они вращаются, а также другими астрономическими объектами из космоса.
Чтобы понять, при каких условиях тело способно стать искусственным спутником Земли, обратимся к размышлениям Ньютона. Их суть такова: если бросить с высокой горы камень в горизонтальном направлении, то, двигаясь по ветви параболы, он со временем упадёт на Землю.
Сообщив ему большую скорость, он упадёт дальше. Поскольку Земля имеет шарообразную форму, то одновременно с продвижением камня по его траектории поверхность Земли удаляется от него. Значит можно подобрать такое значение скорости камня, при котором поверхность Земли из-за её кривизны будет удаляться от камня ровно на столько, на сколько камень приближается к Земле под действием силы тяжести. Тогда тело будет двигаться на постоянном расстоянии от поверхности Земли, то есть станет её искусственным спутником.
Так как за пределами атмосферы силы сопротивления движению спутнику отсутствуют, то на него будет действовать только сила притяжения к Земле. Поэтому спутник движется как свободно падающее тело с ускорением свободного падения.
Искусственным спутником Земли может стать любое тело произвольной массы. Важно, чтобы ему сообщили за пределами земной атмосферы горизонтальную скорость, при которой оно начнёт двигаться по окружности вокруг Земли.
Скорость, при достижении которой космический аппарат, запускаемый с Земли, может стать её искусственным спутником, называется первой космической скоростью.
Давайте подсчитаем значение первой космической скорости.
По этой же формуле мы можем рассчитать и первую космическую скорость спутника для любой планеты, заменив в ней радиус и массу Земли, на радиус и массу данной планеты.
Если можно пренебречь высотой в сравнении с радиусом Земли, то первая космическая скорость может быть рассчитана по формуле:
Сравнивая эту формулу с формулой определения ускорения свободного падения вблизи поверхности Земли, не трудно заметить, что первая космическая скорость может быть найдена, как квадратный корень из произведения ускорения свободного падения и радиуса Земли.
Приняв радиус земли равным 6400 километрам, а ускорение свободного падения — 9,8 м/с 2 , получим, что для Земли первая космическая скорость равна:
Именно такую скорость в горизонтальном направлении нужно сообщить телу на небольшой, сравнительно с радиусом Земли, высоте, чтобы оно не упало на Землю, а стало её спутником, движущимся по круговой орбите.
Примем для простоты расчётов, что ускорение свободного падения равно 10 м/с 2 , а скорость спутника — 8 км/с. Тогда за одну секунду свободного падения спутник пройдёт по направлению к Земле 5 метров и одновременно с этим переместиться перпендикулярно этому направлению на 8 километров. В результате этих двух движений спутник и движется по своей орбите. Так, например, наша Луна уже более 4,5 миллиардов лет вращается вокруг Земли.
8 км/с — это почти 29 000 км/ч! Сообщить телу такую скорость, конечно, не просто. Только 1957 году советским учёным впервые в истории человечества удалось с помощью мощной ракеты сообщить телу массой около 85 килограмм первую космическую скорость, и оно стало первым искусственным спутником Земли.
Сейчас в околоземном пространстве движутся многие тысячи искусственных спутников Земли, запущенных учёными разных стран. Но старт в космос человечеству был дан с территории нашей страны советскими учёными.
— А что произойдёт, если телу сообщить скорость, большую, чем первая космическая на данной высоте?
В этом случае орбита спутника будет представлять собой эллипс. И чем больше сообщённая телу скорость, тем более вытянутой будет его орбита.
Скорость, при достижении которой космический аппарат, запускаемый с Земли, может преодолеть земное притяжение и осуществить полёт к другим планетам Солнечной системы, называется второй космической скоростью. Для Земли она примерно равна 11,2 км/с.
Если же телу сообщить скорость порядка 16,67 км/с, то оно сможет преодолеть притяжение не только Земли, но и Солнца. Тело начнёт двигаться по гиперболе и уйдёт в межзвёздное пространство. Эта скорость называется третьей космической скоростью.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Содержание Что такое ИСЗ. При каких условиях движущееся тело становится ИСЗ? А Ньютон причем? Геостационарная орбита. Типы орбит спутников. Сколько спутников на орбите Земли? Виды искусственных спутников. Кому принадлежат спутники Земли? Сколько спутников у стран.
Что такое ИСЗ? Искусственный спутник Земли (ИСЗ) — космический летательный аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите. Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь начальную скорость, равную или большую первой космической скорости. Полёты ИСЗ выполняются на высотах до нескольких сотен тысяч километров. Нижнюю границу высоты полёта ИСЗ обуславливает необходимость избегания процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких лет.
При каких условиях движущееся тело становится ИСЗ? Как обычный камень превратить в искусственный спутник Земли? Брось камень с силой вперед! - он пролетит некоторое расстояние и упадет на землю.
Брось еще раз, но размахнись сильнее!- камень пролетит дальше, но все равно упадет на землю.
Если бы не мешало сопротивление воздуха, и ты смог бы придать камню достаточную скорость, то, обогнув Землю, он стукнул бы тебя в спину! Значит, чтобы тело стало искусственным спутником Земли, необходимо вывести (поднять) его за пределы плотных слоев атмосферы, и придать ему достаточную начальную скорость. При отсутствии сопротивления воздуха и достаточной начальной скорости брошенное тело будет описывать круговую траекторию вокруг Земли на одной и той же высоте и станет ИСЗ.
А Ньютон причем? Еще Ньютон понимал, что от величины скорости, сообщаемой телу в горизонтальном направлении, зависит траектория его движения. При достаточно большой скорости тело будет двигаться по замкнутой траектории вокруг Земли. Если телу сообщить 1-ую космическую скорость - около 7,9 км/c, то ИСЗ будет вращаться по круговой орбите вокруг Земли. При дальнейшем увеличении скорости ИСЗ переходит на вытянутую эллиптическую орбиту. Если телу сообщить 2-ую космическую скорость - около 11,2 км/с, то ИСЗ переходит на параболическую орбиту. При 3-ей космической скорости - около 16,7 км/с - ИСЗ движется по гиперболической траектории и навсегда покидает пределы Солнечной системы.
Типы орбит спутников Сегодня используют три группы круговых орбит, отличающихся высотой над Землей: геостационарная орбита (Geostationary Orbit, GEO) — 35 863 км; средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15 000 км; маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.
Сколько спутников на орбите Земли? Согласно индексу объектов, запускаемых в космическое пространство, которое ведет Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства (UNOOSA), в настоящее время на орбите Земли около 4 256 спутников (данные 2017 г). В настоящее время существует только 1 419 оперативных спутников Земли- всего около одной трети из всего числа на орбите. Это означает, что вокруг планеты много бесполезного металла!
Искусственные спутники бывают разных видов, форм, размеров и играют разные роли. Виды искусственных спутников
Виды искусственных спутников Метеорологичские спутники - помогают метеорологам прогнозировать погоду или видеть, что происходит на данный момент. Хорошим примером является геостационарный эксплуатационный экологический спутник (GOES). Эти спутники земли обычно содержат камеры, которые могут возвращать фотографии земной погоды, либо с фиксированных геостационарных положений, либо с полярных орбит. Спутники связи позволяют передавать телефонные и информационные разговоры через спутник. Типичные спутники связи включают Telstar и Intelsat. Самой важной особенностью спутника связи является приемоответчик — радиоприемник, который принимает разговор на одной частоте, а затем усиливает его и повторно передает обратно на Землю на другой частоте. Спутник обычно содержит сотни или тысячи транспондеров. Коммуникационные спутники обычно геосинхронны. Широковещательные спутники передают телевизионные сигналы от одной точки к другой (аналогично спутникам связи).
Виды искусственных спутников Научные спутники, такие как Космический телескоп Хаббл, выполняют всевозможные научные миссии. Они смотрят на все, от солнечных пятен до гамма-лучей. Навигационные спутники помогают кораблям и самолетам перемещаться. Самыми известными являются спутники GPS NAVSTAR. Спасательные спутники реагируют на сигналы радиопомех. Спутники наблюдения Земли проверяют планету на предмет изменений во всем: от температуры, лесонасаждений, до покрытия ледяного покрова. Самыми известными являются серии Landsat. Военные спутники Земли находятся на орбите, но большая часть фактической информации о положении остается секретной. Спутники могут включать ретрансляцию зашифрованной связи, ядерный мониторинг, наблюдение за передвижениями противника, раннее предупреждение о запуске ракет, подслушивание наземных радиолиний, радиолокационную визуализацию и фотографии (с использованием, по сути, больших телескопов, которые фотографируют интересные в военном отношении области).
Виды искусственных спутников Биоспутники — спутники, предназначенные для проведения научных экспериментов над живыми организмами в условиях космоса. Астрономические спутники — спутники, предназначенные для исследования планет, галактик и других космических объектов. Космические корабли - пилотируемые космические аппараты Космические станции — долговременные космические корабли. Спутник связи
Кому принадлежат спутники Земли? Интересно отметить, что в базе данных UCS есть четыре основных типа пользователей, хотя принадлежность 17% спутников у нескольких пользователей. 94 спутника, зарегестрированны гражданскими лицами: они как правило, являются учебными заведениями, хотя есть и другие национальные организации. 46% этих спутников имеют цель развитие технологий, таких как наука о Земле и космосе. Наблюдение составляют еще 43%. 579 принадлежат коммерческим пользователям: коммерческие организации и государственные организации, которые хотят продавать собранные ими данные. 84% этих спутников сосредоточены на услугах связи и глобального позиционирования; из оставшихся 12% — спутники наблюдения Земли. 401 спутник принадлежит государственными пользователями: в основном национальные космические организации, а также другие национальные и международные органы. 40% из них — спутники связи и глобального позиционирования; еще 38% сосредоточено на наблюдении Земли. Из оставшихся — развитие космической науки и техники составляет 12% и 10% соответственно. 345 спутника принадлежат военным: здесь снова сосредоточена связь, наблюдения Земли и системы глобального позиционирования, причем 89% спутников имеют одну из этих трех целей.
Краткое описание документа:
Презентация по теме "Что такое ИСЗ и их применение" предназначена для уроков физики 9, 10 классов, астрономии 11 класс. Возможно для проведения внеклассных мероприятий т.к. многие учащиеся интересуются развитием космоса. В презентации использованы материалы:
Обратимся ещё раз к рисунку 34, б. Если шарик толкнуть, а затем предоставить самому себе, то он опишет некоторую дугу и остановится. Причиной остановки шарика является действие на него силы трения и силы сопротивления воздуха, препятствующих движению и уменьшающих его скорость.
Если уменьшить действие тормозящих сил, то шарик может описать вокруг точки О одну или несколько окружностей, прежде чем остановится (при этом крепление шнура в точке О должно быть таким, чтобы оно не препятствовало движению шарика).
Если бы нам удалось устранить все силы сопротивления движению, то шарик бесконечно двигался бы вокруг точки О по замкнутой кривой, например по окружности. При этом направление скорости шарика непрерывно менялось бы под действием силы, направленной к центру окружности.
Примером подобного движения служит обращение планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет.
Рассмотрим более детально вопрос о запуске и движении искусственных спутников Земли (сокращенно ИСЗ).
Чтобы понять, при каких условиях тело может стать искусственным спутником Земли, рассмотрим рисунок 42. Он представляет собой копию рисунка, сделанного Ньютоном.
Рис. 42. Копия рисунка Ньютона
На этом рисунке изображён земной шар, а на нём показана высокая гора, с вершины которой бросают камни, придавая им различные по модулю горизонтально направленные скорости.
Земля, окружённая ИСЗ и так называемым космическим мусором
Движение спутника является примером свободного падения, так как происходит только под действием силы тяжести. Но спутник не падает на Землю благодаря тому, что обладает достаточно большой скоростью, направленной по касательной к окружности, по которой он движется. Так, естественный спутник Земли Луна (рис. 43) обращается вокруг планеты около четырёх миллиардов лет.
Рис. 43. Обращение Луны вокруг Земли является примером свободного падения
Значит, для того чтобы некоторое тело стало искусственным спутником Земли, его нужно вывести за пределы земной атмосферы и придать ему определённую скорость, направленную по касательной к окружности, по которой он будет двигаться.
Наименьшая высота над поверхностью Земли, на которой сопротивление воздуха практически отсутствует, составляет примерно 300 км. Поэтому обычно спутники запускают на высоте 300—400 км от земной поверхности.
Выведем формулу для расчёта скорости, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником Земли, двигаясь вокруг неё по окружности.
Движение спутника происходит под действием одной только силы тяжести. Эта сила сообщает ему ускорение свободного падения g, которое в данном случае выполняет роль центростремительного ускорения.
Вы уже знаете, что центростремительное ускорение определяется по формуле:
Значит, для спутника
По этой формуле определяется скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось по окружности вокруг Земли на расстоянии г от её центра.
Движение ИСЗ по круговой орбите
Эта скорость называется первой космической скоростью (круговой).
Если высота h спутника над поверхностью Земли мала по сравнению с земным радиусом, то ею можно пренебречь и считать, что г ≈ R3.
Обозначим ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли g0.
Тогда формула для расчёта первой космической скорости спутника, движущегося вблизи поверхности Земли, будет выглядеть так:
Рассчитаем эту скорость, принимая радиус Земли равным 6400 км (или 6,4 • 10 6 м), a g0 = 9,8 м/с 2 .
Если же высотой h спутника над Землёй пренебречь нельзя, то расстояние г от центра Земли до спутника и ускорение свободного падения g на высоте h определяются по следующим формулам:
В этом случае формула для расчёта первой космической скорости примет вид:
По этой формуле можно рассчитать первую космическую скорость спутника любой планеты, если вместо массы и радиуса Земли подставить соответственно массу и радиус данной планеты.
Из формулы следует, что чем больше высота h, на которой запускается спутник, тем меньшую скорость v ему нужно сообщить для его движения по круговой орбите (так как h стоит в знаменателе дроби). Например, на высоте 300 км над поверхностью Земли первая космическая скорость приблизительно равна 7,8 км/с, а на высоте 500 км — 7,6 км/с.
Первый искусственный спутник Земли
Если скорость тела, запускаемого на высоте h над Землёй, превышает соответствующую этой высоте первую космическую, то его орбита представляет собой эллипс (см. рис. 42, внешнюю траекторию). Чем больше скорость, тем более вытянутой будет эллиптическая орбита. При скорости, равной 11,2 км/с, которая называется второй космической скоростью, тело преодолевает притяжение к Земле и уходит в космическое пространство.
Для запуска спутников применяют ракеты. Двигатели ракеты должны совершить работу против сил тяжести и сил сопротивления воздуха, а также сообщить спутнику соответствующую скорость.
4 октября 1957 г. в Советском Союзе был запущен первый в истории человечества искусственный спутник Земли. Спутник в виде шара диаметром 58 см и массой 83,6 кг и ракета-носитель долгое время двигались над Землёй на высоте в несколько сотен километров.
В настоящее время сотни спутников запускаются каждый год в научно-исследовательских и практических целях: для осуществления теле- и радиосвязи, исследования атмосферы, прогнозирования погоды и т. д.
Читайте также: