人教版選修35 反沖運動 火箭 第1課時 教案.doc

課題16.5反沖運動、火箭教學(xué)目標知識目標：1知道什么是反沖運動，能舉出幾個反沖運動的實例；2知道火箭的飛行原理和主要用途；能力目標：1結(jié)合實際例子，理解什么是反沖運動；2能結(jié)合動量守恒定律對反沖現(xiàn)象做出解釋；3進一步提高用動量守恒定律分析和解決實際問題的能力。德育目標：1通過實驗，分析得到什么是反沖運動，培養(yǎng)學(xué)生善于從實驗中總結(jié)規(guī)律和熱心科學(xué)研究的興趣和勇于探索的品質(zhì)；2通過介紹我國成功地研制和發(fā)射“長征”系列火箭的事實，結(jié)合我國古代對火箭的發(fā)明和我國的現(xiàn)代火箭技術(shù)已跨入世界先進行列，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、熱愛祖國的情感。課型新授課課時1課時重點1知道什么是反沖；2應(yīng)用動量守恒定律正確處理噴氣式飛機、火箭一類問題。難點如何運用動量守恒定律分析解決反沖、爆炸問題。教學(xué)方法1通過觀察演示實驗，總結(jié)歸納得到什么是反沖運動；2結(jié)合實例運用動量守恒定律解釋反沖現(xiàn)象。教具氣球教 學(xué) 過 程摘要本節(jié)課主要介紹了動量守恒定律在生產(chǎn)、生活和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，使學(xué)生了解什么是反沖運動，反沖運動在科學(xué)技術(shù)中有哪些應(yīng)用，怎樣應(yīng)用動量守恒定律正確處理噴氣式飛機、火箭等有關(guān)反沖運動的問題。引言演示：拿一個氣球，給它充足氣，然后松手，觀察現(xiàn)象。描述現(xiàn)象：釋放氣球后，氣球內(nèi)的氣體向后噴出，氣球向相反的方向飛出。 教師：在日常生活中，類似于氣球這樣的運動很多，本節(jié)課我們就來研究這種運動反沖運動、火箭和爆炸現(xiàn)象。新課教學(xué)：一、反沖運動分析氣球所做的運動：給氣球內(nèi)吹足氣，捏緊出氣孔，此時氣球和其中的氣體作為一個整體處于靜止狀態(tài)。松開出氣孔時，氣球中的氣體向后噴出，氣體具有能量，此時氣體和氣球之間產(chǎn)生相互作用，氣球就向前沖出。學(xué)生舉例：你能舉出哪些物體的運動類似于氣球所做的運動？學(xué)生：節(jié)日中燃放的禮花、噴氣式飛機、反擊式水輪機、火箭等所做的運動。請同學(xué)們概括一下上述運動的特點，教師結(jié)合學(xué)生的敘述總結(jié)得到：1概念：某個物體向某一方向高速噴射出大量的液體、氣體或彈射出一個小物體，從而使物體本身獲得一反向速度的現(xiàn)象，叫反沖運動。分析氣球、火箭等所做的反沖運動，得到：2特點：（1）在反沖現(xiàn)象中，系統(tǒng)所受的合外力一般不為0；（2）反沖運動中如果屬于內(nèi)力遠遠大于外力的情況，可以認為反沖運動中系統(tǒng)動量守恒。例題1：平靜的水面上有一載人的小船，船和人的總質(zhì)量為m，站立在船上的人手中拿一質(zhì)量為m的物體，起初人相對船靜止，船、人、物以共同速度v0前進，當(dāng)人相對于船以速度u向相反方向?qū)⑽矬w拋出后，船和人的速度為多大？（水的阻力不計）解析：學(xué)生討論本題中選什么作為研究對象，并判斷動量是否守恒。學(xué)生：選取人、船、物體組成的系統(tǒng)為研究對象。系統(tǒng)受到重力和浮力作用（由于水的阻力不計），所以符合動量守恒的條件。教師出示幾個解題過程，學(xué)生討論分析是否正確。解法一：對系統(tǒng)列方程的得：(m+m)v0=mv分析得到：這種解法是錯誤的，錯誤在于列方程時沒有注意到研究對象的系統(tǒng)性，在相互作用結(jié)束后，丟掉了拋出的物體的動量。解法二：對系統(tǒng)列方程得：(m+m)v0=mv+m(u)分析得到：這種解法也是錯誤的，錯誤在于列方程時沒有注意“同一性”，方程中各動量必須是針對同一參照物，由于船速v0v都是以地面為參照物的，而u是相對于船的速度，必須換成相對于同一參照物的速度。解法三：對系統(tǒng)列方程得：（m+m）v0=mv+m(v0u)這種解法還是錯誤的錯誤在于沒有注意到“同時性”，應(yīng)知道物體被拋出瞬間，船速已發(fā)生變化，不再是原來的v0而變成了v，即u與v是同一時刻的速度，拋出后物體對地的速度是vu,而不是v0u解法四：對系統(tǒng)列方程得：（m+m）v0=mv+m(v+u)分析得到：這種解法也是錯誤的，錯誤在于沒有注意動量的“矢量性”，由于物相對于船的速度與船速相反，若規(guī)定船速方向為正方向，u應(yīng)當(dāng)取負值。分析結(jié)束后，學(xué)生寫出正確的解題過程并：解：取人、船、物組成的系統(tǒng)為研究對象由于水的阻力不計，系統(tǒng)的動量守恒。以船速方向為正方向，設(shè)拋出物體后人和船的速度為v，則物對地的速度為vu，由動量守恒定律得：(m+m)v0=mv+m(vu)解得: 教師進行題后強化：應(yīng)用動量守恒定律時，要注意：條件性、系統(tǒng)性、同系性、同時性、矢量性。3反沖運動的應(yīng)用和防止學(xué)生閱讀課文有關(guān)內(nèi)容，回答反沖運動應(yīng)用和防止的實例。學(xué)生：反沖有廣泛的應(yīng)用：灌溉噴水器、反擊式水輪機、噴氣式飛機、火箭等都是反沖的重要應(yīng)用。學(xué)生：用槍射擊時，要用肩部抵住槍身，這是防止或減少反沖影響的實例。要求學(xué)生結(jié)合物理情景對幾個物理過程中反沖的應(yīng)用和防止做出解釋說明： （1）灌溉噴水器，當(dāng)水從彎管的噴嘴噴出時，彎管因反沖而旋轉(zhuǎn)，可以自動地改變噴水的方向。（2）反擊式水輪機：當(dāng)水從轉(zhuǎn)輪的葉片流出時，轉(zhuǎn)軸由于反沖而旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。（3）對于噴氣式飛機和火箭，它們靠尾部噴出氣流的反沖作用而獲得很大的推力。（4）用槍射擊時，子彈向前飛去，槍身向后發(fā)生反沖，槍身的反沖會影響射擊的準確性，所以用步槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。教師：通過我們對幾個實例的分析，明確了反沖既有有利的一面，同時也有不利的一面，在看待事物時我們要學(xué)會用一分為二的觀點。我們知道：反沖現(xiàn)象的一個重要應(yīng)用是火箭，下邊我們來認識火箭。二、火箭演示：用薄鋁箔卷成一個細管，一端封閉，另一端留一個很細的口，內(nèi)裝由火柴頭刮下的藥粉，把細管放在支架上，用火柴或其他辦法給細管加熱。現(xiàn)象：當(dāng)管內(nèi)的藥粉點燃時，生成的燃氣從細口迅速噴出，細管便向相反方向飛去。教師講述：上述裝置就是火箭的原理模型。1.火箭的構(gòu)造、工作原理和用途請學(xué)生閱讀課文并回答：（1）介紹一下我國古代的火箭。（2）現(xiàn)代的火箭與古代火箭有什么相同和不同之處？（3）現(xiàn)代火箭主要用途是什么？（4）現(xiàn)代火箭為什么要采用多級結(jié)構(gòu)？ 學(xué)生解答上述問題：（1）古代的火箭我國古代的火箭是這樣的：在箭上扎一個火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點燃后生成的燃氣以很大速度向后噴出，火箭由于反沖而向前運動。（2）現(xiàn)代火箭的構(gòu)造及工作原理現(xiàn)代火箭與古代火箭原理相同，都是利用反沖現(xiàn)象來工作的。但現(xiàn)代火箭較古代火箭結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，現(xiàn)代火箭主要由殼體和燃料兩大部分組成，殼體是圓筒形的，前端是封閉的尖端，后端有尾噴管，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃氣從尾噴管迅速噴出，火箭就向前飛去。（3）現(xiàn)代火箭的用途現(xiàn)代火箭主要用來發(fā)射探測儀器、常規(guī)彈頭或核彈頭，人造衛(wèi)星或宇宙飛船，即利用火箭作為運載工具。（4）多級火箭的工作過程現(xiàn)代技術(shù)條件下，一級火箭的最終速度還達不到發(fā)射人造衛(wèi)星所需要的速度，發(fā)射衛(wèi)星時要使用多級火箭。多級火箭的工作過程：多級火箭由單級火箭組成，發(fā)射時先點燃第一級火箭，燃料用完以后，空殼自動脫落，然后下一級火箭開始工作。教師介紹：多級火箭能及時把空殼拋掉，使火箭的總質(zhì)量減少，因而能夠達到很高的速度，可用來完成洲際導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等的發(fā)射工作，但火箭的級數(shù)不是越多越好，級數(shù)越多，構(gòu)造越復(fù)雜，工作的可靠性就越差，目前多級火箭一般都是三級火箭。那么火箭在燃料燃盡時所能獲得的最終速度與什么有關(guān)系呢？2火箭的最終速度問題討論：火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為m，燃料燃盡后的質(zhì)量為m，火箭燃氣的噴射速度為，燃料燃盡后火箭的飛行速度為多大？ 學(xué)生分析并解答：解析：在火箭發(fā)射過程中，由于內(nèi)力遠大于外力，所以火箭及燃氣系統(tǒng)動量守恒。發(fā)射前的總動量為：0發(fā)射后的總動量為：（以火箭的速度方向為正方向）則 得：分析得到：燃料燃盡時火箭獲得的最終速度由噴氣速度及質(zhì)量比所決定。例題2：總質(zhì)量為m的火箭豎直向上發(fā)射，每次噴出氣體的質(zhì)量為m，速度均為v，則：（1）噴出1次氣體后，火箭獲得速度的大小是多大？（2）噴出2次氣體后，火箭獲得多大的速度？（3）若1秒內(nèi)火箭噴出n次氣體，那么1秒末火箭的速度是多大？例3：一枚在空中飛行的導(dǎo)彈，質(zhì)量為m，在某點速度的大小為v，導(dǎo)彈在該點突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1的一塊沿著v的反方向飛去，速度的大小為v1，求炸裂后另一塊的速度v2。解析：導(dǎo)彈炸裂前的總動量為p=mv，炸裂后的總動量為p=m1v1+(mm1)v2據(jù)動量守恒p=p可得： m1v1+(m-m1)v2=mv所以取炸裂前速度v的方向為正方向，v為正值，v1與v的方向相反，v1為負值，由可知，v2應(yīng)為正值，這表示質(zhì)量為(m-m1)的那部分沿著與v相同的方向飛去。鞏固練習(xí)：1水平方向射擊的大炮，炮身重450 kg，炮彈重為5kg，炮彈射擊的速度是450 m/s，射擊后炮身后退的距離是45cm，則炮受地面的平均阻力為多大？2總質(zhì)量為m的火箭豎直向上發(fā)射，每次噴出氣體的質(zhì)量為m，速度均為v，則：（1）噴出1次氣體后，火箭獲得速度的大小是多大？（2）噴出2次氣體后，火箭獲得多大的速度？（3）若1秒內(nèi)火箭噴出n次氣體，那么1秒末火箭的速度是多大？3質(zhì)量為100kg的小船，質(zhì)量分別為m1=40kg，m2=60kg的兩個人靜止在船上，當(dāng)兩人從小船兩頭均以4 m/s（相對于地面）的速度反向水平躍入水中，這時船的速度大小方向如何？參考答案： 11.25104n ； 2 ； 30.8m/s，方向與m1水平躍入水中的方向相同。課堂小結(jié)：1當(dāng)物體的一部分以一定的速度離開物體時，剩余部分將獲得一個反向沖量而向相反方向運動，這種向相反方向的運動，常叫做反沖運動。2對于反沖運動，所遵循的規(guī)律是動量守恒定律，在具體的計算中必須嚴格按動量守恒定律的解題步驟來進行。3反沖運動不僅存在于宏觀低速物體間，也存在于微觀高速物體間。布置作業(yè)：補充練習(xí)：1一個靜止的，質(zhì)量為m的不穩(wěn)定原子核，當(dāng)它放出質(zhì)量為m，速度為v的粒子后，原子核剩余部分的速度v為多少？（答案：v=）2甲、乙兩小球放在光滑水平面上，它們用細繩相連，開始時細繩處于松弛狀態(tài)，現(xiàn)使兩球反向運動，如圖所示，當(dāng)細繩繃緊時，突然繃斷，此后兩球的運動情況可能是下圖中的。（答案：ab）3一位宇航員連同裝備總質(zhì)量為m，他無意中脫離了飛船，而在距飛船為d處與飛船處于相對靜止狀態(tài)，他為了回到飛船上去，必須向與飛船相反方向從氧氣筒內(nèi)噴出氧氣，若氧氣筒內(nèi)裝有質(zhì)量為m0(m0m)的氧氣，噴出的氧氣速度為v，他呼吸氧氣的速率為r，求：（1）如果他放出總質(zhì)量為m(mm0)的氧氣來推動自己，那么他將得到多大的速度？（2）剩下的氧氣供他呼吸還能維持多久？（3）他要成功地返回飛船，他的呼吸氧氣的時間tb必須等于或大于他的行動時間tt，那么m應(yīng)滿足什么條件？（答案：（1）v1= （2） （3） ）4一火箭某時刻的質(zhì)量為m，正以速度v豎直向下噴氣，這時恰好靜止在低空中，求這時發(fā)動機的機械功率p。（答案：）備課資料學(xué)生課堂用自己的裝置演示反沖運動：學(xué)生做準備：拿出自己在課下所做的反沖運動演示裝置學(xué)生代表介紹實驗裝置，并演示。裝置：在玻璃板上放一輛小車，小車上用透明膠帶固定一根玻璃管，管內(nèi)裝有少量酒精，管口有一個皮塞，玻璃管上用透明膠帶粘一塊浸有酒精的棉花。實驗做法：點燃浸有酒精的棉花，管中的酒精蒸氣將橡皮塞沖出，同時看到小車沿相反方向運動。裝置：取二個空摩絲瓶，在它們的底部用大號縫衣針各鉆一小洞，這樣做成二個簡易的火箭筒，在右圖中的鐵支架的立柱頂端裝上頂軸，在旋轉(zhuǎn)臂的兩側(cè)各裝一只火箭筒，再把旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)放在頂軸上，往火箭筒內(nèi)各注入約4ml的酒精，并在火箭筒下方的棉球上注少量酒精。做法：點燃酒精棉球，片刻火箭筒內(nèi)的酒精蒸氣從尾孔中噴出，并被點燃，這時可以看到火箭旋轉(zhuǎn)起來。裝置：用可樂瓶做一個水火箭，方法是用一段吸管和透明膠帶在瓶上固定一個導(dǎo)向管，