人教版高中物理选修3-5《反冲运动 火箭》教学设计

人教版高中物理选修3-5《反冲运动火箭》教学设计

【教学目标】

（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】

气球、小车、自制反击式水轮机等,图片、多媒体课件等。

【教学过程】

（一）引入新课

面我们先来看一个短片：（播放视频）

这是神州十号载人飞船的发射现场，科学家们用长征2号火箭成功的将三名宇航员送入太空。本节课我们就来学习火箭的升空原理——反冲运动

板书：16.5 反冲运动火箭

（二）进行新课

下面我们来做一个实验

【演示实验】把一个固定在小车上的气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察现象。

教师：介绍实验（这是一个气球，把它固定在一个玩具小车上，把气球吹起来，用手捏住气球的通气口，放在桌面上，由静止放开，观察现象。大家注意观察）

教师做实验

出示思考题，现在大家看下面的思考题，可以讨论一下。提问学生回答

思考：1.放手前是什么状态？静止

2.放手后分为有几部分在运动？气球小车组合体、气体

它们的运动方向是什么关系？相反

3.发生这样运动的条件是什么？膨胀的气球对里面的气体有一

个较大的压力，使气体快速喷出，气体反过来给气球一个反作

用力，从而使气球运动，

我们再来分析一下火箭升空过程同样的这几个问题

思考火箭：1.点火前是什么状态？静止

2.点火后分为有几部分在运动？箭体、气体

它们的运动方向是什么关系？相反

3.发生这样运动的条件是什么？燃料燃烧产生高温高压气体，

气体和箭体产生相互作用力，从而气体从喷口喷出，箭体向上

运动。

同时板书：

下面我们分析气球的外力：整体受摩擦力，膨胀的气球对气体

之间压力是外力吗？是内力，这个压力大吗？它们大小什么关

系？压力远大于摩擦力

下面我们分析火箭的外力：整体受重力，箭体和气体之间压力

是什么力吗？是内力，这个压力大吗？它们大小什么关系？压

力远大于重力

内力远大于外力遵循什么原理？动量守恒定律

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。

我们再来反冲运动的实验

【演示实验】模拟反击式水轮机

思考：这个容器为什么会转起来？学生回答：流水反向作用，容器转起来

（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

在我们生活中还有反冲运动的例子吗？你能举一个例子吗？

学生举例：章鱼，射击，等

出示视频：章鱼、喷气式飞机、喷灌、游船、步枪、早期的大炮、现代大炮、太空行走，让学生先观看视频，在由学生分析反冲原理。

【例题】反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，

水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动.如果小车

的总质量M=3kg，水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1kg。若橡

皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9m/s，求小车的反冲速

度。

【练习】已知火箭飞行时在极短的时间Δt内喷射燃气的质量是Δm，喷出的燃气相对于喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m，求这样一次喷气后增加的速度Δv。

二、火箭

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。

板书：二火箭

mΔv+Δmu=0

u v

m

m

∆

-

=

∆

火箭在所能获得的最大速度与什么有关?

①喷气速度：u

②质量比：Δm/m

3．用多级火箭发射卫星获得所需速度

如果这个比值Δm/m过大，火箭结构的强度就会出现很大的问题，所以不能太大，这样一级火箭就很难达到发射人造卫星的7.9km/s的速度。

为了解决这个问题，苏联科学家齐奥尔科夫斯基，提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担,然后第二级开始工作,这样一级一级地连起来,理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级,因为级数太多时,连接机构和控制机构的质量会增加很多,工作的可靠性也会降低。国际上一般都采用三级火箭。

我国自1956年建立了专门的航天研究机构到现在，火箭技术有了长足的发展。下面看一个短片来了解我国的火箭技术的发展。

我国的火箭技术已经跨入世界先进行列，这是我们国家多少代人的努力的结果。

同学们也要好好学习争取为咱们祖国的繁荣昌盛，为实现中国梦，谱写你自己的辉煌，你现在需要做的是努力学习，在不久的将来做一个对社会有用的人。

【练习3】一火箭喷气发动机每次喷出 m = 200 g的气体，气体离开发动机喷出时对地速度 v = 1000 m/s，设火箭质量 M = 300 kg，发动机每秒喷发 20 次。则运动第 1 秒末，火箭的速度多大？

（三）课堂小结

本节课你学到了哪些内容？