第三节 动量守恒定律 第4课时 反冲运动 火箭（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第一册

第三节 动量守恒定律 第4课时 反冲运动 火箭（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 动量守恒定律 第4课时 反冲运动 火箭（教学设计） 教学 目标 1.知道反冲运动的原理，会应用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题。 2.知道火箭的原理及其应用。 教材 分析 本课时处于“动量守恒定律”之后，是动量定律在典型情境中——“反冲运动”与“火箭”——的集中应用。教材通过实例，帮助学生理解“孤立系统（或在某一方向上外力可忽略）动量守恒”这一核心思想。 本课时的学习对后续“碰撞”问题，具有承前启后的作用，也有助于学生理解现代航天技术的物理基础。教学设计遵循“从情境出发—建立模型—方程求解—反思拓展”的思维路径，引导学生经历完整的科学探究过程。 教学 重点 1. 反冲运动中“系统内力远大于外力”与“动量守恒”的逻辑联系； 2. 火箭增速公式的推导及物理意义； 教学 难点 1. 速度方向与相对性的处理：已知相对速度如何转换为对地速度； 2. 质量系统的守恒分析——同一时间间隔内“火箭＋喷出气体”才构成守恒系统。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 坦克射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为0。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，跑身必将向后运动。只是由于炮身的质量远大于炮弹的质量，所以炮身向后的速度很小。炮身的这种后退运动叫做反冲。 思考代入情境，初步理解反冲的定义 学习新课 一、反冲现象 点燃“起火”的药捻，“起火”向下喷出气体，同时“起火”飞向高空。结合该实例，回答下列问题： (1)反冲运动的物体受力有什么特点？ 物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动。 (2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？ 反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，所以系统的动量守恒；反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。 1. 反冲现象 （1）定义：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，另一部分必然向相反的方向运动的现象。 （2）规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，满足动量守恒定律。 （3）反冲运动的三个特点： ①物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 ②反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒。 ③反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。 （4）反冲现象的应用及防止 ①应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。 ②防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。 （5）讨论反冲运动应注意的两个问题 ①速度的方向性：对于原来静止的整体，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度就要取负值。 ②速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作用的两物体的相对速度，应先将相对速度转换成相对地面的速度，再列动量守恒方程。 【例1】如图，反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精灯，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动.如果小车运动前的总质量M＝3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m＝0.1 kg。(水蒸气质量忽略不计) (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v＝2.9 m/s，求小车的反冲速度； (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60°角，求小车的反冲速度。(小车一直在水平方向运动) 【解析】（1）小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零。 以橡皮塞运动的方向为正方向 根据动量守恒定律，mv＋(M－m)v′＝0 v′＝－v＝－×2.9 m/s＝－0.1 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞水平运动的方向相反，反冲速度大小是0.1 m/s。 （2）小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒。以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有 mvcos 60°＋(M－m)v″＝0 v″＝－＝－ m/s＝－0.05 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s。 结合实例积极思考动量和能量的变化 掌握反冲现象的定义、规律和三个特点 速度的方向性和速度的相对性是在处理反冲问题时必须注意的问题 学习新课 二、火箭 【题目引入】设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v′。 【解析】在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒。取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv′－(M－m)v 则由动量守恒定律得0＝mv′－(M－m)v 所以v′＝v。 1. 工作原理 喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理，它们靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用。 2. 决定火箭增加的速度Δv的因素 (1)火箭喷出的燃气相对喷气前火箭的速度。 (2)火箭喷出燃气的质量与火箭本身质量之比。 3.分析火箭类问题应注意的三个问题 (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转换，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。 【例2】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.设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次。 (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？ (2)运动第1 s末，火箭的速度多大？ 【解析】（1）规定与v相反的方向为正方向 设喷出三次气体后，火箭的速度为v3，以火箭和三次喷出的气体为研究对象，据动量守恒定律得： (M－3m)v3－3mv＝0 故v3＝≈2 m/s （2）发动机每秒喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律得： (M－20m)v20－20mv＝0 故v20＝≈13.5 m/s 【例3】关于火箭的发射，下列说法正确的是（ C ） A.火箭发射过程中机械能守恒，动量也守恒 B.影响火箭速度大小的因素只有喷出气流的速度 C.影响火箭速度大小的因素包括喷出气流的质量与火箭本身质量之比 D.喷出气流对火箭的冲量与火箭对喷出气流的冲量相同 掌握识记火箭的工作原理和决定火箭增加的速度Δv的因素 记住在列方程时关注动量的方向 学习新课 三、反冲运动的应用——“人船模型” 1. “人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒. 2. 人船模型的特点 (1)两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0 (2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右，人、船位移比等于它们质量的反比，即＝ 【例4】有一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾。如果人的质量m＝60 kg，船的质量M＝120 kg，船长为l＝3 m，则船在水中移动的距离是多少？(水的阻力不计) 【解析】人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合外力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒，如图所示。 设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间内船后退的距离为x，人相对地面运动的距离为l－x，选船后退方向为正方向， 由动量守恒定律有： M－m＝0 所以x＝l＝×3 m＝1 m “人船模型”是利用平均动量守恒求解的注意事项 (1)适用条件： ①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零； ②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向)。 (2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。 【针对训练】如图所示，物体A和B质量分别为m1和m2，图示直角边长分别为a和b。设B与水平地面无摩擦，当A由顶端O从静止开始滑到B的底端时，B的水平位移是（ C ） A.b B.b C.(b－a) D.(b－a) 识记人船模型的特点 掌握人船模型的适用条件，在处理问题时画出位移草图 课 堂 练 习 1. 关于反冲运动的说法中，正确的是（ D ） A.抛出部分的质量m1要小于剩下部分的质量m2才能获得反冲 B.若抛出部分的质量m1大于剩下部分的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力 C.反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用 D.抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律 2. 将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)（ A ） A.30 kg·m/s B.5.7×102 kg·m/s C.6.0×102 kg·m/s D.6.3×102 kg·m/s 3. 如图所示，载人气球原来静止在空中，与地面距离为h，已知人的质量为m，气球的质量(不含人的质量)为M。若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为（ D ） A.h B. C. D. 板 书 设 计 动量守恒定律 第4课时 反冲运动 火箭 一、反冲现象 1. 定义：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，另一部分必然向相反的方向运动的现象。 2. 规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，满足动量守恒定律。 3. 反冲运动的三个特点： ①物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 ②反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒。 ③反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。 4. 反冲现象的应用及防止 ①应用：农田、园林的喷灌装置 ②防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性 5. 讨论反冲运动应注意的两个问题 ①速度的方向性 ②速度的相对性 二、火箭 1. 工作原理 2. 决定火箭增加的速度Δv的因素 (1)火箭喷出的燃气相对喷气前火箭的速度。 (2)火箭喷出燃气的质量与火箭本身质量之比。 3.分析火箭类问题应注意的三个问题 (1)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 (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。 三、反冲运动的应用——“人船模型” 1. “人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒。 2. 人船模型的特点 (1)两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0 (2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右，人、船位移比等于它们质量的反比，即＝ 作 业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $