16.5 反冲与火箭 教案 -2022-2023学年高二下学期物理人教版选修3-5

《反冲运动与火箭》教案 授课对象：高一下册 授课内容：反冲运动与火箭 一，教学目标： 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。 4.能够运用动量守恒定律，解决有关反冲运动的问题 二，教学重点及难点 1.重点：（1）巩固深化动量守恒定律的内容 （2）能够用动量守恒 （3）理解掌握反冲运动典型模型-火箭 2.难点：（1）将动量守恒与反冲运动联系在一起 （2）反冲运动的特性与火箭联系起来 三，教学方法和手段 1.通过观察演示实验，总结归纳得到什么是反冲运动 2.结合实例运用动量守恒定律解释反冲运动 四，教学过程设计 （一）引入新课 在上节课，我们讲了一类非常重要的动量守恒模型-碰撞模型，那么今天我们就讲另一个碰撞模型-反冲运动。 【演示】想象一下，当我们吹鼓一个球，然后松手，会发生什么现象。 【学生描述现象】释放气球后，气球内的气体向后喷出，气球向前飞去。 【分析】给气球内吹足气，捏紧气孔，此时气球和其中的气体作为一个整体处于静止状态。松开出气口时，气球中的气体向后喷出，气体具有能量，此时气体和气体之间产生相互作用，气体就向前冲出。 【提问】还能举出那些类似“气球乱飞“的物体运动？ 【学生回答】节日燃放的礼花，有种叫“窜天猴”的烟花，当火药被点燃后，会快速的喷射火焰，同时使烟花获得很快的速度。 （二）反冲运动 1.反冲运动严格的严格的物理概念是：一静止的系统，在内力作用下，其中一部分物体向某一方面运动时，另一部分物体必然向相反方向运动，这种现象叫反冲运动。 由于只有内力作用，显然，反冲运动过程中，系统的动量是守恒的，可以说反冲运动是动量守恒定律的一类重要模型实例。 2：要点： （1）原来是一个静止的物体 （2）分裂成两部分，被分离的一部分可以是气体，液体，也可以是被弹出的固体 （3）两部分运动方向相反 （4）两部分间存在相互作用力（正是因为相互作用力，迫使一个整体分为两部分，并且两部分朝相反方向运动。） 【提问】反冲运动的规律应该也是符合动量守恒定律的，但是一定严格符合吗？结合碰撞模型来回答这个问题。 【回答】在实际生活中，考虑到空气阻力等，反冲运动可能并不能严格符合动量定理，所以有很多近似条件。 3. 反冲运动特点： （1） 反冲运动物体间相互作用发生突然，时间短，作用强（指内力） （2） 一般满足都满足内力远大于外力（比如火箭在上升的过程中会受到重力，但由于内力远远大于重力，就可以将重力忽略不计） 【问题】解释为什么会出现反冲作用？ （1）反冲运动的本质是牛顿第三定律（相互作用力等大，反向，共线）的必然结果 （2）反冲运动中常有其他形式的能转变为机械能，系统总动能增加（主要体现于机械能增加） （3）反冲运动中系统动量守恒 （三）实际应用-火箭 火箭是航天器材运载卫星的一个重要的一个装置，火箭可以将不同类型不同功能的卫星发射到太空中去来实现一些空间探测，包括地表探测的功能。 1.火箭：现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前的推进飞行器 2.工作原理：动量守恒定律 【问题】火箭始终受重力，还符合动量守恒吗？ 火箭的发射原理为：火箭向后喷射氢气，氢气的热值非常高，在高压以液态形式储存在火箭底部，通过燃烧它将产生大量的高温气体，通过不断喷射使火箭获得一个非常高的速度。 火箭要发射卫星的速度非常快，至少要达到第一宇宙速度，这就导致它需要的推力非常大，这个推力远大于重力，即内力远大于重力，所以它可以近似视为能量守恒。 3.我国是航天大国，现在我国的航天技术在世界也是领先的，我国的火箭一般都以长征系列来命名，从最早的发射东方红的“长征-1”到“长征-7”这种大型运载火箭，可以带很多航天器材，实现一箭多星的功能。 【思考与讨论】 设法计算：火箭在极短时间Δt内这样一次喷气后增加的速度Δv 例：如果火箭极短时间内喷射燃气质量为Δm，喷出时相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量为m。以喷气前火箭为参考系，设喷气后火箭速度增量为Δv。 题干解析：（1）动量守恒：火箭虽受重力作用，但火箭要达到第一宇宙速度所需推力非常大，远大于自身重力，可以忽略外力的作用。 （2）选择参照物：题干中描述的速度“相对于喷漆前火箭”，可选择飞行的火箭看作参照物，这是火箭可视为静止的。 （3）过程：一分为二（火箭和燃气） （4）结果：反冲运动，符合动量守恒定律 【解题】0=mv+u 解：v=-u 观察该结果，想让Δv更大（火箭飞行速度的增加量），有两个方法： （1） 减小燃料质量：多级火箭，燃气瓶空了就丢掉，减小负荷。 （2） 增大喷气速度u：采用氢能源，同质量下氢能源会放出更多能量，产生更大燃气速度。 4，影响火箭获得速度大小的因素 （1）质量比：指火箭