Разработка урока "Невесомость и перегрузки"

Конспект урока «Невесомость и перегрузки»

9 класс

Учебник: Физика 9 класс: учебник / Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, В. М. Чаругин.-М: Дрофа, 2019

Учебная задача урока:

1. Вспомнить отличие массы от веса, научить отличать силу тяжести от веса, природу этих сил и точку их приложения.

2. Рассмотреть, как меняется вес тела в зависимости от его движения вертикально вверх и вниз

3. Ввести понятия «невесомость», «перегрузки»

4. Научить решать задачи на изменение веса при ускоренном движении по вертикали и окружности.

Ожидаемые результаты урока

В результате ученик:

• Знает формулировку веса тела;

• Знает отличие силы тяжести от веса

• Знает, как изменяется вес при движении тела с опорой вертикально вниз.

• Умеет получать формулу расчёта веса при вертикальном движении вниз.

• Знает, как изменяется вес при движении тела с опорой вертикально вверх.

• Умеет получать формулу расчёта веса при вертикальном движении вверх.

• Имеет представление о понятиях «невесомость» и «перегрузки»

• Умеет применять полученные знания при решении задач

Структура урока

1. Организационный момент – готовность учащихся к уроку.

2. Актуализация опорных знаний - фронтальный опрос по предыдущей теме

3. Содержательный этап: вывод формул для веса при ускоренном движении тела с опорой. Определение понятий «невесомость» и «перегрузка»

4. Этап осознания и закрепления нового материала- решение задачи

Методы обучения

По источнику передачи и восприятию информации словесные (эвристическая беседа), наглядные (видеофрагменты о невесомости и перегрузках)

По степени управления учебной деятельностью: под руководством учителя

Оборудование урока

Доска, мел, видеопроектор, экран

Ход урока

• Фронтальный опрос

• Объяснение нового материала

На прошлом уроке мы с вами разобрали, что такое сила всемирного тяготения и сила тяжести, которая действует на тела, находящиеся на Земле. Сегодня мы разберем еще одну силу, которая чаще всего связана с силой тяжести. Это сила – вес тела.

Тема сегодняшнего урока: «Невесомость и перегрузки»

Ученики открывают тетради, записывают дату и тему урока

Очень часто учащиеся путают массу тела, вес тела и силу тяжести. Давайте ещё раз обратимся к этим трём величинам.

Масса- это численная характеристика инертности тела. Чем больше масса, тем сложнее тело остановить или разогнать.

Сила тяжести – это сила с которой земля действует на тело.

Вес тела – это сила с которой тело, вследствие его притяжения к земле действует на опору или подвес

Обратите внимание, что сила тяжести прикладывается к центру масс тела, а вес к опоре или подвесу.

К тому же у этих двух сил разная природа:

сила тяжести – гравитационная сила

вес- сила упругости.

Мы с вами уже говорили о том, что если тело покоится или движется прямолинейно и равномерно, то его вес равен силе тяжести. Давайте теперь рассмотрим ситуацию, когда тело, находящееся на опоре вместе с ней, движется с ускорением.

Пусть у нас есть лифт и в нём находится человек. Пусть лифт движется вниз с ускорением

С делаем рисунок и расставим силы, действующие на человека. В этом случае на человека действует сила тяжести и сила реакции опоры. По второму закону Ньютона сумма всех сил, действующих на тела равна

Выберем ось Y, направив её вниз. Сделаем проекции векторных величин на эту ось

Выразим из полученного уравнения силу реакции опоры

По третьему закону Ньютона сила реакции опоры равна весу

Получается, что при ускоренном движении тела с опорой или подвесом вниз, вес тела уменьшается.

Если ускорение будет равно ускорению свободного падения, то Р=0, то есть наступит состояние невесомости.

В состоянии невесомости пребывают космонавты в космическом корабле во время полёта, поскольку они движутся вокруг Земли с центростремительным ускорением, равным ускорению свободного падения. Человек находится в состоянии невесомости во время прыжка, когда обе его ноги оторваны от земли и не действуют на опору

А теперь давайте посмотрим небольшой видеофрагмент о том, как тренируют космонавтов, чтобы они умели передвигаться в невесомости.

На экране вы видите кабину самолёта. Весь пол покрыт мягкими матрасами, а по стенам протянуты поручни. Здесь находятся несколько инструкторов и будущие космонавты, одетые в скафандры. После набора высоты, самолёт с выключенными двигателями начинает свободно падать, в этот момент, все находящиеся внутри самолёта люди испытывают состояние невесомости. В течение нескольких минут, пока падает самолёт, будущим космонавтам удаётся сделать несколько полётных движений. В момент включения двигателей самолёта, каждый человек начинает снова давить на поверхность, то есть у них появляется вес.

Теперь давайте снова вернёмся к нашему лифту и рассмотрим случай, когда человек в лифте движется ускоренно вверх.

На человека также действуют две силы: сила тяжести и сила реакции опоры. Поэтому здесь также записывается второй закон ньютона в векторном виде

В проекции на выбранную ось теперь ускорение будет отрицательным

В этом случае получается, что вес тела увеличивается, и становится больше чем в состоянии покоя

Увеличение веса тела, вызванное движением с ускорением, называют перегрузкой. Перегрузку испытывают космонавты и лётчики реактивных самолётов, лётчики, выполняющие «мёртвую петлю». Небольшую перегрузку можете испытывать и вы, вращаясь на определённых видах каруселей.

Предлагаю посмотреть небольшой видеофрагмент о перегрузках

Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.

При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.

Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.

Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.

При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.

Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.

Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.

При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.

Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.

Решение задачи

Каков вес лётчика массой 70 кг, выполняющего «мёртвую петлю», в нижней и верхней точках траектории, если радиус петли 200 м, а скорость самолёта при прохождении петли 100 м/с?

Выпишем дано и сделаем два рисунка. Самолёт в нижней точке «мёртвой петли» и в верхней

На лётчика в нижней и верхней точках траектории действуют сила тяжести и сила реакции кресла. По третьему закону Ньютона P=N.

По второму закону Ньютона

• Подведение итогов

Подведём итоги сегодняшнего урока. Сегодня на уроке мы вспомнили

Что такое масса, сила тяжести и вес. Чем они отличаются друг от друга.

Узнали, что вес тела может меняться в зависимости от того куда направленно ускорение движения тела с опорой.

Узнали, что такое невесомость и перегрузки.

Узнали, что происходит с организмом человека во время перегрузок.

Применили полученные знания к решению задачи.

Домашнее задание:

Параграф 16

Задачи

1. Получите выражение для веса автомобиля массы m, движущегося по выпуклому мосту радиусом R со скоростью V. Сравните вес автомобиля с силой тяжести.

2. Определите массу тела, если при ускоренном движении вверх с ускорением 2 м/с2 его вес составляет 59 Н.