教案部分
16.5 反冲运动 火箭
【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】
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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )、“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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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; ( http: / / www.21cnjy.com )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。
学案部分
16.5 反冲运动 火箭
【目标引领】
(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。
【自学探究】
1、什么是反冲运动?在反冲运动中系统的动量和机械能有何特点?为什么?
2、火箭的工作原理?
【精讲点拨】
【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 。
解题反思:在运用动量守恒定律解题时应注意哪些问题?
【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
【训练巩固】
1.假定冰面是光滑的,某人站在冰冻河面的中央,他想到达岸边,则可行的办法是 ( )
A.步行 B.挥动双臂
C.在冰面上滚动 D。脱去外衣抛向岸的反方向
2.如图所示,两物体质量m ( http: / / www.21cnjy.com )1=2m2,两物体与水平面的动摩擦因数为μ,当烧断细线后,弹簧恢复到原长时,两物体脱离弹簧时的速度均不为零,两物体原来静止,则( )
A.两物体在脱离弹簧时速率最大
B.两物体在刚脱离弹簧时速率之比v1/v2=1/2
C.两物体的速率同时达到最大值
D.两物体在弹开后同时达到静止
3.静止的实验火箭,总质量为M,当它以对地速度vo喷出质量为Δm的高温气体后,火箭的速度为 ( )
A.Δmvo/(M-Δm); B.—Δmvo/(M-Δm);
C.Δmvo /M D。—Δmvo /M
4.一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动,若其沿运动方向的相反方向释放出一物体P,不计空气阻力,则( )
A.火箭一定离开原来轨道运动
B.物体P一定离开原来轨道运动
C.火箭运动半径一定增大
D.物体户运动半径一定减小
5.装有炮弹的火炮总质量 ( http: / / www.21cnjy.com )为m1,炮弹的质量为m2,炮弹射出炮口时对地的速率为v。,若炮管与水平地面的夹角为θ,则火炮后退的速度大小为 ( )
A.m2 v。/m1 B.—m2Vo/(m1一m2)
C.m2vocosθ/ (m1一m2) D.m2vocosθ/m1
6.一同学在地面上立定跳远的最好成绩是 ( http: / / www.21cnjy.com )s(m),假设他站在车的A端,如图所示,想要跳上距离为L(m)远的站台上,不计车与地面的摩擦阻力,则 ( )
A.只要LB.只要LC.只要L=s,他一定能跳上站台
D.只要L=s,他有可能跳上站台
7.质量为M的玩具汽车拉着质量为m的小 ( http: / / www.21cnjy.com )拖车,在水平地面上以速度v匀速前进,某一时刻拉拖车的线突然断了,而小汽车的牵引力不变,汽车和拖车与地面间的动摩擦因数相同,一切阻力也不变。则在小拖车停止运动时,小汽车的速度大小为 。
8.某人在一只静止的小船上练习射击 ( http: / / www.21cnjy.com ),船、人连同枪(不包括子弹)及靶的总质量为m1,枪内装有n颗子弹,每颗子弹的质量均为m2,枪口到靶的距离为L,子弹水平射出枪口时相对于地的速度为v。在发射后一颗子弹时,前一颗子弹已射人靶中,在发射完n颗子弹时,小船后退的距离等于 。
【综合运用】
9.如图所示,物体A和B质量分别为m1和 ( http: / / www.21cnjy.com )m2,其图示直角边长分别为a和b。设B与水平地面无摩擦,当A由O顶端从静止开始滑到B的底端时,B的水平位移是多少
10.在沙堆上有一木块,质量m1=5 ( http: / / www.21cnjy.com )kg,木块上放一爆竹,质量m2=0.01kg。点燃爆竹后,木块陷入沙中深度为s=5cm,若沙对木块的平均阻力为58N,不计爆竹中火药的质量和空气阻力,求爆竹上升的最大高度。
11.课外科技小组制作一只“水火箭”, ( http: / / www.21cnjy.com )用压缩空气压出水流使火箭运动,假如喷出的水流流量保持为2x10—4m3/s,喷出速度保持为对地10m/s,启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少 已知火箭沿水平轨道运动,阻力不计,水的密度是103kg/m3。