1.6 反冲现象 火箭（教学设计）-【大单元教学】（人教版2019选择性必修第一册）

第一章动量守恒定律第6节反冲现象火箭【教学内容分析】反冲运动在生产、生活、航天、国防有广泛应用，本节内容既能巩固深化动量守恒定律，又与科技兴国战略相适应，对培养学生的科技意识和学科素养尤为重要。教材首先通过思考与讨论章鱼、乌贼游泳时应用了什么物理原理引入新课，得到反冲运动的定律。然后列举生产、生活中的反冲运动现象，着重介绍我国火箭技术的发展，激发学生的爱国热情。运用用火箭喷射燃气研究反冲运动遵循的规律，将反冲运动生活化、实际化。教学可以运用大量的视频和图片资料，呈现火箭发射过程的实况录像，分析多级火箭的工作原理，加深学生对多级火箭的原理和发射过程的了解。【教学目标和核心素养】1物理观念：能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释。2科学思维：进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力。3科学探究：通过演示视频，探究实验中的物理关系，分析得到什么是反冲运动，知道反冲运动的本质，并具备对反冲类问题进行定量运算的能力。4科学态度与责任：通过介绍我国成功地研制和发射长征系列火箭的事实，结合我国古代对于火箭的发明和我国的现代火箭技术已跨入世界先进先烈，激发学生热爱社会主义的情感。【教学重难点】1．反冲运动的特点及应用动量守恒定律对反冲运动进行定量计算。2．如何运用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题。【教学方法】讲授法、启发—引导式教学、对话法。【教学用具】自制反冲小车、多媒体课件、火箭发射视频。【教学过程】一、创设情境，引入课题1．教师以互动问答的方式，引导学生复习动量、动量守恒定律及其条件等相关知识。2．播放视频（观看23年8月14日下午，快舟一号甲运载火箭在西昌酒泉的发射）观看火箭升空过程。3．实验演示【演示实验1】将吹满气的气球释放，观察气球的运动。【演示实验2】自制易拉罐注满水后，喷水过程中发现易拉罐的旋转。【演示实验3】反冲式小船，注水后在水槽中前进。【演示实验4】反冲式小汽车，气球放球后小车前进。提问：这几个实验的共同点是什么？点评学生的回答，并引出什么是反冲运动。新课教学（一）活动：反冲现象做一做：1.把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口（图甲），然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。2.如图乙，把弯管装在可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。反冲现象：定义：发射炮弹时，炮弹从炮筒中飞出，炮身则向后退。这种情况由于系统内力很大，外力可忽略，可用动量守恒定律来解释。射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为0。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，炮身必将向后运动。只是由于炮身的质量远大于炮弹的质量，所以炮身向后的速度很小。炮身的这种后退运动叫作反冲（recoil）反冲运动的特点：①.物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动②内力远大于外力（或在某一方向上内力远大于外力），系统动量守恒或在某一方向动量守恒。③机械能增加反冲运动的理论依据反冲运动和碰撞、爆炸相似，相互作用力一般很大，一般满足内力>>外力，所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。（二）火箭古代火箭现代火箭火箭结构图现代火箭的知识作用：发射洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船.原理：利用反冲运动.结构：为了提高速度，实行多级（不超过四级）火箭发射.思考与讨论：质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。这个人手中拿着一个质量为∆m的小物体。现在他以相对于飞船为u的速度把小物体抛出（图）。1.小物体的动量改变量是多少？2.人的动量改变量是多少？3.人的速度改变量是多少？思考与讨论中所描述的情境与火箭发射的原理大致相同。设火箭飞行时在极短的时间∆t内喷射燃气的质量是∆m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。我们就可以计算火箭在这样一次喷气后增加的速度∆v。以喷气前的火箭为参考系。喷气前火箭的动量是0，喷气后火箭的动量是m∆v，燃气的动量是∆mu。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍然为0，所以：m∆v＋∆mu＝0解出：∆v＝－上式表明，火箭喷出的燃气的速度u越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度∆v就越大。（三）三级火箭现代火箭发动机的喷气速度通常在2000～5000m/s，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比。这个参数一般小于10，否则火箭结构的强度就有问题。但是，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9km/s的速度。为了解决这个问题，科学家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（图）。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。截至2017年底，已经完成近300次各种卫星的发射任务，成功地实现了载人航天飞行，并在国际航天市场占有一席之地（图）。我国的火箭技术已经跨入了世界先进行列。（四）人船模型如图所示，质量为M的小船长L，静止于水面，质量为m的人从船右端走到船左端，不计水对船的运动阻力，则:该过程中船将移动多远？总结人船模型特点：①人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；速度比等于质量的反比；位移比等于质量的反比；（五）课堂小结一、反冲现象特点：①静止；②两部分运动方向相反原理：动量守恒定律二、火箭原理：动量守恒定律0=∆mu+m∆v∆v=-eq\f(∆m,m)u【课堂练习】1.一架喷气式飞机飞行的速度是800m/s，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于800m/s，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？2.一个连同装备共有100kg的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船45m的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以50m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10min内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？3.用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以7.0×103m/s的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为500kg，最后一节火箭壳体的质量为100kg。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为1.8×103m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度是多大？分离后它们将如何运动？4.一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是120kg。这个士兵用自动步枪在2s内沿水平方向连续射出10发子弹，每发子弹的质量是10g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是800m/s。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。（1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？（2）连续射击后皮划艇的速度是多大？（3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？学生学习评价量表小组_________

姓名___________

日期___________

评价项目评价内容评

价

标

准评价方式备注优（5分）良（4分）中（3分）差（2分）自评互评家长评师评学习态度1、学习目标明确，重视学习过程的反思，积极优化学习方法2逐步形成浓厚的物理学习兴趣3、保质保量按时完成作业4、重视自主探索、自主学习，拓展视野积极，热情，主动积极热情但欠主动态度一般较差学习方式1、学生个体的自主学习能力强，会倾听、思考、表达和质疑。2、学生普遍有浓厚的学习兴趣，在学习过程中参与度高。3、学生之间能采取合作学习的方式，并在合作中分工明确地进行有序和有效的探究。4、学生在学习中能自主反思，发挥求异、求新的创新精神，积极地提出问题和讨论问题。自主学习能力强，会倾听、思考、表达和质疑。自主学习能力较强，会倾听、思考、表达。自主学习能力一般，会倾听。自主学习能力较差，不会思考。参与程度1认真参加物理学习活动，积极思考，善于发现问题，勇于解决问题2逐步提高物理表达与交流能力3积极参加物理探究、物理建模活动，加强物理文化的学习4积极参加物理实践活动等积极思考，善于发现问题，勇于解决问题，表达能力强积极思考，善于发现问题，勇于解决问题能发现问题，俣解决问题能力一般参与意识不够积极主动合作意识1积极参加物理合作学习，勇于接受任务、敢于承担责任2加强小组合作，取长补短，共同提高3乐于助人，积极帮助学习有困难的同学4公平、公正地进行自评和互评，评价过程认真、负责、有诚信合作意识强，组织能力好，与别人互相提高，有学习效果能与他人合作，并积极帮助有困难的学习有合作意识，但总结能力不强不能很好地与他人合作学习探究活动1积极尝试、体验物理研究的过程2逐步形成严谨的科学态度，不怕困难的科学精神3勇于质疑，善于反思，有创新意识4善于观察分析物理事实，提出有意义的物理问题，猜测、探求适当的物理结论和规律，给出解释和证明，撰写探究活动报告①对事物的性质、规律及该事物与他事物内在联系达到较深刻的理解②（同左①）理解较浅③（同左①）理解模糊①未理解知识和技能的应用1认真观察物理与日常生活和其他学科的联