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物理:新人教版选修3-5 16.5反冲运动 火箭(教案)


16.5 反冲运动 火箭
★新课标要求
(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 解得 mΔ v+Δ mu=0, Δ u= —Δ mu/m。

2.决定火箭性能的参数 根据Δ v= —Δ mu/m 可知,火箭性能 晌参数与喷气速度 u 和 火箭质量比Δ m/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、“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; 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。 ★课后思考


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