西北师大附中高一物理奥赛教案：反冲运动、火箭和爆炸现象

课题第五节反冲运动、火箭、爆炸教学目标知识目标：1．知道什么是反冲运动，能举出几个反冲运动的实例；2．知道火箭的飞行原理和主要用途；3．知道爆炸现象的特点。

能力目标：1．结合实际例子，理解什么是反冲运动；2．能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释；3．进一步提高用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力。

德育目标：1．通过实验，分析得到什么是反冲运动，培养学生善于从实验中总结规律和热心科学研究的兴趣和勇于探索的品质；2．通过介绍我国成功地研制和发射“长征”系列火箭的事实，结合我国古代对火箭的发明和我国的现代火箭技术已跨入世界先进行列，激发学生热爱科学、热爱祖国的情感。

课型新授课课时1课时重点1．知道什么是反冲；2．应用动量守恒定律正确处理喷气式飞机、火箭一类问题。

难点如何运用动量守恒定律分析解决反冲、爆炸问题。

教学方法1．通过观察演示实验，总结归纳得到什么是反冲运动；2．结合实例运用动量守恒定律解释反冲现象。

教具气球教学过程摘要本节课主要介绍了动量守恒定律在生产、生活和科学技术中的应用，使学生了解什么是反冲运动，反冲运动在科学技术中有哪些应用，怎样应用动量守恒定律正确处理喷气式飞机、火箭等有关反冲运动的问题。

引言演示：拿一个气球，给它充足气，然后松手，观察现象。

描述现象：释放气球后，气球内的气体向后喷出，气球向相反的方向飞出。

教师：在日常生活中，类似于气球这样的运动很多，本节课我们就来研究这种运动——反冲运动、火箭和爆炸现象。

新课教学：分析气球所做的运动：给气球内吹足气，捏紧出气孔，此时气球和其中的气体作为一个整体处于静止状态。

松开出气孔时，气球中的气体向后喷出，气体具有能量，此时气体和气球之间产生相互作用，气球就向前冲出。

学生举例：你能举出哪些物体的运动类似于气球所做的运动？学生：节日中燃放的礼花、喷气式飞机、反击式水轮机、火箭等所做的运动。

请同学们概括一下上述运动的特点，教师结合学生的叙述总结得到：1．概念：某个物体向某一方向高速喷射出大量的液体、气体或弹射出一个小物体，从而使物体本身获得一反向速度的现象，叫反冲运动。

分析气球、火箭等所做的反冲运动，得到：2．特点：（1）在反冲现象中，系统所受的合外力一般不为0；（2）反冲运动中如果属于内力远远大于外力的情况，可以认为反冲运动中系统动量守恒。

例题1：平静的水面上有一载人的小船，船和人的总质量为M，站立在船上的人手中拿一质量为m的物体，起初人相对船静止，船、人、物以共同速度v0前进，当人相对于船以速度u向相反方向将物体抛出后，船和人的速度为多大？（水的阻力不计）解析：学生讨论本题中选什么作为研究对象，并判断动量是否守恒。

学生：①选取人、船、物体组成的系统为研究对象。

②系统受到重力和浮力作用（由于水的阻力不计），所以符合动量守恒的条件。

教师出示几个解题过程，学生讨论分析是否正确。

解法一：对系统列方程的得：(m+M)v0=Mv分析得到：这种解法是错误的，错误在于列方程时没有注意到研究对象的系统性，在相互作用结束后，丢掉了抛出的物体的动量。

解法二：对系统列方程得：(m+M)v0=Mv+m(—u)分析得到：这种解法也是错误的，错误在于列方程时没有注意“同一性”，方程中各动量必须是针对同一参照物，由于船速v0．v都是以地面为参照物的，而u 是相对于船的速度，必须换成相对于同一参照物的速度。

解法三：对系统列方程得：（m+M）v0=mv+m(v0－u)间，船速已发生变化，不再是原来的v0而变成了v，即u与v是同一时刻的速度，抛出后物体对地的速度是v－u,而不是v0－u．解法四：对系统列方程得：（M+m）v0=Mv+m(v+u)分析得到：这种解法也是错误的，错误在于没有注意动量的“矢量性”，由于物相对于船的速度与船速相反，若规定船速方向为正方向，u 应当取负值。

分析结束后，学生写出正确的解题过程并： 解：守恒。

以船速方向为正方向，设抛出物体后人和船的速度为v ，则物对地的速度为v －u ，由动量守恒定律得：(m+M)v 0=Mv+m(v －u)解得:mM mu v v ++=0 ． 教师进行题后强化：应用动量守恒定律时，要注意：条件性、系统性、同系性、同时性、矢量性。

3．反冲运动的应用和防止学生阅读课文有关内容，回答反冲运动应用和防止的实例。

学生：反冲有广泛的应用：灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、火箭等都是反冲的重要应用。

学生：用枪射击时，要用肩部抵住枪身，这是防止或减少反冲影响的实例。

要求学生结合物理情景对几个物理过程中反冲的应用和防止做出解释说明：（1）灌溉喷水器，当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，可以自动地改变喷水的方向。

（2）反击式水轮机：当水从转轮的叶片流出时，转轴由于反冲而旋转，带动发电机发电。

（3）对于喷气式飞机和火箭，它们靠尾部喷出气流的反冲作用而获得很大的推力。

（4）用枪射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，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。

教师：通过我们对几个实例的分析，明确了反冲既有有利的一面，同时也有不利的一面，在看待事物时我们要学会用一分为二的观点。

我们知道：反冲现象的一个重要应用是火箭，下边我们来认识火箭。

二、火箭演示：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。

现象：当管内的药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反方向飞去。

教师讲述：上述装置就是火箭的原理模型。

1.火箭的构造、工作原理和用途请学生阅读课文并回答：（1）介绍一下我国古代的火箭。

（2）现代的火箭与古代火箭有什么相同和不同之处？（3）现代火箭主要用途是什么？（4）现代火箭为什么要采用多级结构？学生解答上述问题：（1）古代的火箭我国古代的火箭是这样的：在箭上扎一个火药筒，火药筒的前端是封闭的，火药点燃后生成的燃气以很大速度向后喷出，火箭由于反冲而向前运动。

（2）现代火箭的构造及工作原理现代火箭与古代火箭原理相同，都是利用反冲现象来工作的。

但现代火箭较古代火箭结构复杂得多，现代火箭主要由壳体和燃料两大部分组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。

（3）现代火箭的用途现代火箭主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头，人造卫星或宇宙飞船，即利用火箭作为运载工具。

（4）多级火箭的工作过程现代技术条件下，一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，发射卫星时要使用多级火箭。

多级火箭的工作过程：多级火箭由单级火箭组成，发射时先点燃第一级火箭，燃料用完以后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作。

教师介绍：多级火箭能及时把空壳抛掉，使火箭的总质量减少，因而能够达到很高的速度，可用来完成洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船等的发射工作，但火箭的级数不是越多越好，级数越多，构造越复杂，工作的可靠性就越差，目前多级火箭一般都是三级火箭。

那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与什么有关系呢？2．火箭的最终速度问题讨论：火箭发射前的总质量为M ，燃料燃尽后的质量为m ，火箭燃气的喷射速度为1v ，燃料燃尽后火箭的飞行速度v 为多大？学生分析并解答：解析：在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以火箭及燃气系统动量守恒。

发射前的总动量为：0发射后的总动量为：()mvv m M --1 则()01=--mv v m M 得：1)1(v m M v -=分析得到：燃料燃尽时火箭获得的最终速度由喷气速度及质量比mM 所决定。

例题2：总质量为M 的火箭竖直向上发射，每次喷出气体的质量为m ，速度均为v（1）喷出1次气体后，火箭获得速度的大小是多大？（2）喷出2次气体后，火箭获得多大的速度？（3）若1秒内火箭喷出n 次气体，那么1秒末火箭的速度是多大？三、爆炸例3：（P12，例2）一枚在空中飞行的导弹，质量为m ，在某点速度的大小为v ，导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m 1的一块沿着v 的反方向飞去，速度的大小为v 1，求炸裂后另一块的速度v 2。

解析：导弹炸裂前的总动量为p=mv ，炸裂后的总动量为p ′=m 1v 1+(m －m 1)v 2 据动量守恒p ′=p 可得：m 1v 1+(m-m 1)v 2=mv所以1112m m v m mv v --= 取炸裂前速度v 的方向为正方向，v 为正值，v 1与v 的方向相反，v 1为负值，由1112m m v m mv v --=可知，v 2应为正值，这表示质量为(m-m 1)的那部分沿着与v 相同的方向飞去。

爆炸现象的特点：动量守恒、能量增加巩固练习：1．水平方向射击的大炮，炮身重450 kg ，炮弹重为5kg ，炮弹射击的速度是450 m/s ，射击后炮身后退的距离是45cm ，则炮受地面的平均阻力为多大？2．总质量为M 的火箭竖直向上发射，每次喷出气体的质量为m ，速度均为v ，（1）喷出1次气体后，火箭获得速度的大小是多大？（2）喷出2次气体后，火箭获得多大的速度？（3）若1秒内火箭喷出n 次气体，那么1秒末火箭的速度是多大？3．质量为100kg 的小船，质量分别为m 1=40kg ，m 2=60kg 的两个人静止在船上，当两人从小船两头均以4 m/s （相对于地面）的速度反向水平跃入水中，这时船的速度大小方向如何？参考答案：1．1.25×104N ； 2．nmM nmv m M mv m M mv ---,22, ； 3．0.8m/s ，方向与m 1水平跃入水中的方向相同。

课堂小结：1．当物体的一部分以一定的速度离开物体时，剩余部分将获得一个反向冲量而向相反方向运动，这种向相反方向的运动，常叫做反冲运动。

2．对于反冲运动，所遵循的规律是动量守恒定律，在具体的计算中必须严格按动量守恒定律的解题步骤来进行。

3．反冲运动不仅存在于宏观低速物体间，也存在于微观高速物体间。

布置作业：补充练习：1．一个静止的，质量为M 的不稳定原子核，当它放出质量为m ，速度为v的粒子后，原子核剩余部分的速度v ′为多少？（答案：v ′=v mM M --） 2．甲、乙两小球放在光滑水平面上，它们用细绳相连，开始时细绳处于松弛状态，现使两球反向运动，如图所示，当细绳绷紧时，突然绷断，此后两球的运动情况可能是下图中的。

（答案：AB ）3．一位宇航员连同装备总质量为M ，他无意中脱离了飞船，而在距飞船为d 处与飞船处于相对静止状态，他为了回到飞船上去，必须向与飞船相反方向从氧气筒内喷出氧气，若氧气筒内装有质量为m 0(m 0≤M)的氧气，喷出的氧气速度为v ，他呼吸氧气的速率为R（1）如果他放出总质量为m(m ≤m 0)的氧气来推动自己，那么他将得到多大（2（3）他要成功地返回飞船，他的呼吸氧气的时间t B 必须等于或大于他的行动时间t T ，那么m 应满足什么条件？（答案：（1）v 1=v Mm v m M m ≈-（2）Rm m t B -=0（3）v vRMdv m v m m v vRMdv m v m 24)(24)(200200-+≤≤--）4．一火箭某时刻的质量为M ，正以速度v 竖直向下喷气，这时恰好静止在低空中，求这时发动机的机械功率P 。