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版本科目年级课时教学设计
课题
反冲现象
火箭
单元
1
学科
物理
年级
教材分析
《反冲运动
火箭》是人教版高中物理选择性必修一的第一章第六节。从教材编排上看，它排在了动量定理和动量守恒定律之后，是动向守恒定律以及动量的知识巩固与运用。同时了解火箭的发射原理。从内容上看，《反冲运动火箭》是动量守恒定律在实际生产生活中的因故。它侧重于让学生认识生活中的各种反冲运动，尤其是多级火箭的发射问题。所以本节内容对于学生的知识能力的提高有着重要意义。根据课标的要求，用动量守恒定律解释生产生活中的有关现象，活动中体验制作水火箭。基于提升核心素养的要求，物理教学观念要转变，有物理教学转向物理教育；梓教学设计和实施过程中，应关注核心素养四维目标的有效落实。本节课通过创设典型的物理情境，让学生形成对动量守恒认知的运动观和相互作用观；在定性、定量实验探究过程中，关注提升学生建模、推理、论证、质疑等科学思维的培养，提升学生提问、证据、解释、合作交流等素养。在应用规律解决实际问题的过程中，关注培养学生的科学态度、探索精神和创新精神，培养学生关注环境，具有社会责任感。
学习目标
1．通过观察反冲现象，理解反冲运动概念及其特点，理解反冲运动的物理实质。2．通过运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题，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．知道火箭的飞行原理及其应用。
重点
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。
难点
如何运用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
一、新知导入教师与学生演示实验【演示实验一】将反冲式小船注水后，观察小船在水槽中的运动状态。【演示实验二】准备一个充满气体的气球，打开释放，观察气球的运动状态。【演示实验三】反冲式小汽车，观察气球放气后小车的如何运动。问题：这几个实验的共同点是什么？给学生充分的时间思考回答，并给予评价激励。
参与并观看演示实验；思考讨论并回答问题
引出本节的课题电势能和电势
讲授新课
（一）反冲现象1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。2．反冲原理反冲运动的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．3．公式若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．问题：你还知道哪些生活中的反冲运动？通过实例分析，引导学生自主归纳总结反冲运动的特点。4．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。思考与讨论：从力、能量、动量三个角度解释释放气球时的反冲现象。教师引导学生归纳：5.反冲现象的本质、系统机械能不守恒、系统动量守恒。6．讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的反向性对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．(2)速度的相对性。一般都指对地速度。教师总结：只要系统的总动量守恒，就可以通过各种方式改变系统某部分的速度，使其他部分产生所需的速度或动量——也就是说可以利用“反冲”！引导学生举例反冲应用：（二）火箭中国古代火箭介绍。中国现代火箭介绍。探讨1：火箭点火后能加速上升的动力是什么力？【提示】 燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升．探讨2：要提升运载物的最大速度可采用什么措施？【提示】 提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳．1.火箭的速度设火箭在Δt
时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0＝mv＋Δmu，得v＝—
u.2.决定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之Δm/m比两个因素．
如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作。教师提问：多级火箭的有利之处？3.多级火箭
由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9
km/s，实际火箭为多级。
多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求。科普介绍火箭类问题的三点提醒(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象．注意反冲前、后各物体质量的变化．(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度．(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向．课堂练习1．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，空气膨胀推动火箭答案：火箭工作中，动量守恒，当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加速，故只有B正确．2.(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度( )A．使喷出的气体速度更大B．使喷出的气体温度更高C．使喷出的气体质量更大D．使喷出的气体密度更小解析：设火箭原来的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，剩余的质量为(M－m)，速度是v′，由动量守恒得：(M－m)v′＝mv得：v′＝，由上式可知：m越大，v越大，v′越大．故A、C正确．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的速度v＝1
000
m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300
kg，发动机每秒喷气20次．求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？解析：法一：喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有(M－m)v1－mv＝0所以v1＝第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1所以v2＝第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2所以v3＝＝
m/s＝2法二：选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解．设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出三次气体为研究对象，据动量守恒定律，得(M－3m)v3－3mv＝0所以v3＝＝2
m/s.4.一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？答案：飞机的速度仍会增加，因为飞机和气体组成的系统动量守恒。5.一个连同装备共有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？答案：0.15kg6.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？答案：分离后卫星的速度增加到7.3×103m/s，火箭壳体的速度是5.5×103m/s，分离后卫星做离心运动，火箭做向心运动。7.一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？答案：（1）0.06m/s（2）0.67m/s（3）40N
理解反冲定义。举例生活中常见的反冲现象。
根据实例总结得出反冲的特点。尝试解释反冲现象。举例生活中反冲的应用。观看火箭升空视频，了解火箭。思考火箭飞行的最大速度是由什么因素决定的；运用动量知识求燃料燃尽后火箭的飞行速度v’为多大。思考并讨论。交流与了解火箭相关常识。学生练习
培养学生发现生活中的科学。锻炼学生的总结能力。将所学联系应用于实际生活。通过视频、图片将火箭的升空过程展现在学生面前。通过运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题，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。锻炼学生的逻辑思维能力和总结能力
课堂小结
（一）反冲现象1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。2．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。（二）火箭1.中国古代火箭、中国现代火箭、多级运载火箭。2.燃料燃尽时，火箭获得的最终速度由喷气速度v和质量比M/m（开始飞行时和燃料燃尽时的质量比），两个因素决定。3.小常识：火箭的级数不是越多越好，级数越多，构造越复杂，工作的可靠性和安全性就越差，一般多级火箭都是三级火箭。现代火箭的喷气速度在2000—4000m/s。
梳理自己本节所学知识进行交流。
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
（一）反冲现象1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。2．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。（二）火箭1.中国古代火箭、中国现代火箭、多级运载火箭。2.燃料燃尽时，火箭获得的最终速度由喷气速度v和质量比M/m（开始飞行时和燃料燃尽时的质量比），两个因素决定。
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反冲现象
火箭
人教版（2019）
选修1
新知导入
【演示实验一】
将反冲式小船注水后，观察小船在水槽中的运动状态。
【演示实验二】
准备一个充满气体的气球，打开释放，观察气球的运动状态。
【演示实验三】
反冲式小汽车，观察气球放气后小车的如何运动。
这几个实验的共同点是什么？
新知讲解
（一）反冲现象
1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。
新知讲解
（一）反冲现象
2．反冲原理
反冲运动的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．
3．公式
若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．
新知讲解
你还知道哪些生活中的反冲运动？
新知讲解
4．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。
新知讲解
思考与讨论：以实验一为实例，解释反冲现象（从力、能量、动量三个角度）。
新知讲解
5.反冲现象的本质、系统机械能不守恒、系统动量守恒。
6．讨论反冲运动应注意的两个问题
(1)速度的反向性
对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．
(2)速度的相对性。一般都指对地速度。
新知讲解
思考与讨论：以实验一为实例，解释反冲现象（从力、能量、动量三个角度）。
总结：只要系统的总动量守恒，就可以通过各种方式改变系统某部分的速度，使其他部分产生所需的速度或动量——也就是说可以利用“反冲”。
新知讲解
举例生活中有哪些反冲应用？
乌贼利用反冲运动获得动力。
（喷水）
蝴蝶利用反冲运动获得动力。
（喷气）
新知讲解
（二）火箭
中国古代火箭
中国现代火箭
新知讲解
探讨1：火箭点火后能加速上升的动力是什么力？
【提示】 燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升．
探讨2：要提升运载物的最大速度可采用什么措施？
【提示】 提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳．
课堂练习
例题：设火箭在Δt
时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，求燃料燃尽后火箭的飞行速度v’为多大？
新知讲解
1.火箭的速度
设火箭在Δt
时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0＝mv＋Δmu，得v＝—
u.
2.决定因素
火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比
两个因素．
新知讲解
如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作。
新知讲解
3.多级火箭
由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9
km/s，实际火箭为多级。
多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求。
拓展提高
科普介绍：
1．火箭的级数不是越多越好，级数越多，构造越复杂，工作的可靠性和安全性就越差，一般多级火箭都是三级火箭。
2．现代火箭的喷气速度在2000—4000m/s。
拓展提高
火箭类问题的三点提醒
(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象．注意反冲前、后各物体质量的变化．
(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度．
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向．
课堂练习
1．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
答案：火箭工作中，动量守恒，当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加速，故只有B正确．
课堂练习
2.(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度( )
A．使喷出的气体速度更大
B．使喷出的气体温度更高
C．使喷出的气体质量更大
D．使喷出的气体密度更小
课堂练习
课堂练习
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的速度v＝1
000
m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300
kg，发动机每秒喷气20次．求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？
课堂练习
课堂练习
课堂练习
4.一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？
答案：飞机的速度仍会增加，因为飞机和气体组成的系统动量守恒。
课堂练习
5.一个连同装备共有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？
答案：0.15kg
课堂练习
6.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？
课堂练习
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？
答案：分离后卫星的速度增加到7.3×103m/s，
火箭壳体的速度是5.5×103m/s，
分离后卫星做离心运动，火箭做向心运动。
课堂练习
7.一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？
答案：（1）0.06m/s（2）0.67m/s（3）40N
课堂总结
（一）反冲现象
1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。
2．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。
（二）火箭
1.中国古代火箭、中国现代火箭、多级运载火箭。
2.燃料燃尽时，火箭获得的最终速度由喷气速度v和质量比M/m（开始飞行时和燃料燃尽时的质量比），两个因素决定。
3.小常识：火箭的级数不是越多越好，级数越多，构造越复杂，工作的可靠性和安全性就越差，一般多级火箭都是三级火箭。现代火箭的喷气速度在2000—4000m/s。
板书设计
（一）反冲现象
1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。
2．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；
内力>>外力，系统动量守恒。
（二）火箭
1.中国古代火箭、中国现代火箭、多级运载火箭。
2.燃料燃尽时，火箭获得的最终速度由喷气速度v和质量比M/m，两个因素决定。
作业布置
一、收集生活中的反冲现象；
二、完成对应练习题。
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