人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭优秀教案

题课

选择性必修一第一章第6节：反冲现象  火箭

课型

新

课时

1

教

学

目

标

1. 通过实验认识反冲运动，能举出反冲运动的实例，知道火箭的发射是反冲现象。2.能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出解释，解决相关问题，如人船模型。3.了解我国航天事业的巨大成就，增强对我国科学技术发展的自信。

学习重点

反冲运动、人船模型

学习难点

理解模型、解释相关现象，解决相关问题

教     学     过       程

教学环节（含备注）

教        学        内        容

引入新课

进行新课

讲解

讲解

课后作业

一.引入新课

章鱼能够调整喷水的方向，使得身体向任意方向前进，章鱼游动时现了什么物理原理？

释放充了气的气球，气球喷气的同时向前“窜”，为什么？

二.进行新课

（一）反冲运动：

1.定义：静止或运动的物体通过分离出一部分物体使另一部分物体向反方向运动的现象。

2.特点：

（1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动

（2）反向运动中， 相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。

3. 反冲现象的应用及防止

（1）应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。

（2）防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。

（二）火箭

1．火箭

现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力从而以巨大的速度向前推进的飞行器。现代喷气式飞机飞行速度超过1000m/s.

2．火箭的工作原理

当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得大小相等、方向相反的动量，因而发生连续的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。

火箭极短时间Δt内喷出的燃气的质量Δm，相对喷气前的火箭的速度是u，喷气后火箭的质量为m，一次喷气后速度增加量Δv

以喷气前火箭为参考系，根据动量守恒定律：mΔv+Δmu=0则Δv=-Δmu/m

火箭获得的速度与喷出的燃气的速度、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比有关。

（三）反冲运动的三个特点：

1.物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。

2.反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理。

3.反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加。

（四）分析反冲运动应注意的问题

1.速度的反向性问题

对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。

2.相对速度问题

反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度，通常为对地的速度。因此应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。

3.变质量问题

在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。

（五）例题讲解

例1：一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次。

(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第1s末，火箭的速度多大？

解析：方法一：喷出气体运动方向与火箭运动方向相反，系统动量守恒。

(M－m)v1－mv＝0所以v1＝。

第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1所以v2＝

第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2

所以v3＝＝m/s＝2m/s。

依次类推，第n次气体喷出后，火箭速度为vn，有

(M－nm)vn－mv＝[M－(n－1)m]vn－1所以vn＝

因为每秒喷气20次，所以1s末火箭速度为v20＝＝m/s＝13.5m/s

方法二：整体选取研究对象，运用动量守恒定律求解

(1)设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M－3m)v3－3mv＝0所以v3＝＝2m/s

(2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象(M－20m)v20－20mv＝0所以v20＝3.5m/s

（六）人船模型

1．“人船模型”问题的特征

两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒。在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。

2．处理“人船模型”问题的关键

(1)利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。

由于动量守恒，所以任一时刻系统的总动量为零，动量守恒式可写成m1v1＝m2v2的形式(v1、v2为两物体的瞬时速率)，表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比。

所以全过程的平均速度也与质量成反比。进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比，即＝。

(2)解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系。

(3)适用条件

“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是：

①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量守恒。

②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。

例题2：教材29页B组练习第5题。

（七）课堂练习：教材第27页练习1、2、3

（五）总结：（见板书设计）

三.课后作业：见学案【进阶闯关检测】

板书设计

反冲现象  火箭

1.反冲运动：

静止或运动的物体通过分离出一部分物体使另一部分物体向反方向运动的现象

2.火箭

火箭是指一种靠喷射燃气获得反作用力从而向前推进的飞行器

3. 人船模型

＝ 适用条件系统由两个物体组成且相互作用前静止

课后反思