高中物理5 反冲运动 火箭教学设计

16．5  反冲运动  火箭

★新课标要求

（一）知识与技能

1．进一步巩固动量守恒定律

2．知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用

3．了解航天技术的发展和应用

（二）过程与方法

 理解反冲运动的物理实质，能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。

（三）情感、态度与价值观

培养学生动手动脑的能力，发掘学生探索新知识的潜能。

★教学重点

运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质

★教学难点

动量守恒定律的应用．

★教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：

铝箔纸，火柴和支架，反击式水轮机转轮的原理模型，礼花，有关航天发射、空间站等的录像带剪辑，投影片，多媒体辅助教学设备

★课时安排

1 课时 

★教学过程

（一）引入新课

教师：用实验方法引入新课：

〖演示实验1〗老师当众吹一个气球，然后，让气球开口向自己放手，看到气球直向学生飞去，人为制造一点“惊险气氛”，活跃课堂氛围。

〖演示实验2〗用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的口，内装由火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方向飞去。

〖演示实验3〗把弯管装在可以旋转的盛水容器的下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。

提问：实验1、2中，气球、细管为什么会向后退呢？实验3中，细管为什么会旋转起来呢？

看起来很小的几个实验，其中包含了很多现代科技的基本原理：如火箭的发射，人造卫星的上天，大炮发射等。应该如何去解释这些现象呢？这节课我们就学习有关此类的问题。

（二）进行新课

一、反冲运动

1、反冲运动

一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另外一个部分必然向相反方向运动，这个现象叫反冲运动。

（1）分析：细管为什么会向后退？

教师：引导学生自学书本，展开讨论，得出结论：

当气体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。

（2）分析：反击式水轮机的工作原理：当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，这是利用反冲来造福人类，象这样的情况还很多。

2．反冲运动遵循的规律

    反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的总动量是守恒的。

3．反冲运动的应用实例

    (1)利用有益的反冲运动

    反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出，使转轮由于

反冲而旋转，从而带动发电机发电。

    喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速

度，等等。

    (2)避免有害的反冲运动

   射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影响

射击准确性等。

学生：交流，举例，并说明其工作原理。如：喷气式飞机、我国人民引以为荣的运载火箭等。

【例1】一个静止的质量为M的不稳定原子核，放射出一个质量为m的粒子，        

(1)粒子离开原子核时速度为v0，则原子核剩余部分的速率等于           。

(2)粒子离开原子核时相对原子核的速度为v0，则原子核剩余部分的速率等于           。

[解析]  由于放射过程极短，放射过程中其他外力的冲量均可不计，整个原子核系统动量守恒。

(1) 设剩余部分对地的反冲速度为v/,由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部分的动量大小，

    即有    mvo=(M—m)v/

    解得;v/= mvo/(M—m)

(2)设剩余部分对地的反冲速度为v/，则粒子的对地速率为v=v。—v/。由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部分的动量大小，

    即有    m(vo—v / )=(M—m)v /

   所以v /=mv0/M

    即剩余部分速率为mvo/M。

[点评)  注意将粒子的相对速度转化为绝对速度，如果明确了各速度的方向，则相对速度可确定为两种情况：当两者同向时，相对速率为两者速率之差；两者反向时，相对速率为两者速率之和，这样可将矢量式转化为标量式。

教师：为了使学生对反冲运动有更深刻的印象，此时再做一个发射礼花炮的实验。

学生：分析，礼花为什么会上天？

教师：在学生回答的基础上进行小结——火箭就是根据这个原理制成的。

二、火箭

教师：指导学生看书，对照书上“三级火箭”图，介绍火箭的基本构造和工作原理。

1．发射火箭的原理

    火箭是利用了反冲原理，发射火箭时，尾管中喷射出的高

速气体有动量，根据动量守恒定律，火箭就获得向上的动量，

从而向上飞去。

    即    mΔv+Δmu=0，

    解得    Δu= —Δmu/m。

2．决定火箭性能的参数

    根据Δv= —Δmu/m可知，火箭性能晌参数与喷气速度u和

火箭质量比Δm/m有关，一般u在2000~4000m／s，质量之比小

于10。

3．用多级火箭发射卫星获得所需速度

    目前多级火箭一般都是三组火箭。因为三组火箭能达到

目前发射人造卫星的需求，又因级数越多，结构越复杂，并难

以控制，因此降低了性能的可靠性，难以达到预期的目的。

播放课前准备的有关卫星发射、“和平号”空间站、“探路者”号火星探测器以及我国“神舟号”飞船等电视录像，使学生不仅了解航天技术的发展和宇宙航行的知识，而且要学生知道，我国的航天技术已经跨入了世界先进行列，激发学生的爱国热情。

教师：在此基础上，指导学生阅读课后阅读材料——《航天技术的发展和宇宙航行》。

【例2】运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是    (    )

    A．燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭

   B．火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭

    C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭

    D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭

    [解析]  火箭的工作原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度，故正确答案为选项B。

   [答案]  B

    [点评]  本题考查了火箭的工作原理，要注意与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气。而与带螺旋桨的直升机发生相互作用的才是空气，应注意两者的区别。

（三）课堂小结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。解释章鱼游泳时应用什么物理原理？

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）作业：“问题与练习”1～3题

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

★课后思考