1.6反冲现象 火箭 教案-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第6节　反冲现象 火箭 教学分析 教学目标 1.通过实验认识反冲运动，能举出反冲运动的实例，知道火箭的发射是反冲现象。 2.能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出解释。 3.了解我国航空航天事业的伟大成就，增强民族自豪感和科技强国的信心与信念。 教学重难点 重点:通过观察和实验，归纳反冲运动的特征，理解反冲运动的原理。 难点:应用动量守恒定律分析实际反冲运动。 教学方法 讲授法、小组讨论法、实验法、自主探究法 课时安排 1课时 教学准备 多媒体课件、气球和小车、相关视频、学案等教学设计 一、情境导入 播放章鱼、乌贼在水里游动的视频。 【提出问题】 章鱼、乌贼是怎样游动的？章鱼游动时体现了什么物理原理？ 引导学生通过阅读教材回答：它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地运动。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进，这个过程体现了系统的动量守恒。 二、新课讲授 (一)反冲现象 【演示实验一】把充气的气球安装在小车上，使放气方向固定，然后放开气口，观察小车在水平地面上的运动。 【演示实验二】把弯管装在可旋转的盛水容器下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。 【问题1】以上两个演示实验，研究的对象分别是什么？ 【问题2】以上两个演示实验，分析研究对象的受力及运动情况？满足什么规律？ 【问题3】以上两个演示实验的分析中，参考系分别是什么？在匀速运动的火车车厢里能完成吗？ 【学生回答】实验一是以地面为参考系，小车和气球内的气体为研究对象，一开始整体是处于静止状态，放开气孔时，气球中的气体喷出，气体具有动量，此时气体和小车之间产生相互作用，小车就向喷气的反方向运动。实验二也是以地面为参考系，以水和弯管为研究对象，当水从转轮的弯管中流出时，给转轴提供了一个反作用力，两个方向相反又不在同一直线上的力可以使容器旋转起来。小车和弯管的运动都是在外力可以忽略不计的情况下，系统动量守恒的结果。 【教师总结】 一个物体在内力的作用下，一部分向某一方向运动时，剩余部分将沿相反的方向运动，物理学中把具有这一特点的运动叫反冲运动。 【创设情境】以“实验演示1”为例，忽略阻力的影响，气体的质量为m1，小车的质量为m2，喷气速度为v1（向右），求小车速度为v2。 【科学推导】，故有：， 【提出问题】如何理解中的负号的含义？ 【学生总结】负号表示车运动的方向与喷气方向相反，矢量的“”表示方向。 【提出问题】反冲运动在实际生活中有哪些实例呢？ 【学生回答】节日燃放的礼花、喷气式飞机飞行、灌溉喷水器、火箭升空、水上飞行器的飞行，枪、炮的射击等。 【提出问题】试着从力、动量、能量三个角度说说该类运动的特点？ 【学生回答】反冲运动的两个物体受到的力是一对作用力和反作用力，且内力远大于外力，所以系统的动量守恒，反冲运动中内力做功，有其他形式的能转化为动能，所以系统的总动能增加。 【提出问题】用步枪射击时为什么要把枪身抵在肩部？ 【学生回答】用枪射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪时我们要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。 【教师总结】生产生活中反冲现象普遍存在，其既有可利用的价值，也有不利的因素，所以要科学合理地利用或防止反冲作用。 (二)火箭 【视频展示】以播放视频剪辑的方式介绍我国古代火箭和现在火箭。 【提出问题】现代火箭与古代火箭有什么相同和不同之处呢？ 【学生回答】现代火箭与古代火箭原理相同，都是利用了反冲现象来工作的，但现代火箭较古代火箭结构复杂得多。 【思考讨论】质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。这个人手中拿着一个质量为的小物体。现在他以相对于飞船为u的速度把小物体抛出。 （1）小物体的动量改变量是多少？ （2）人的动量改变量是多少？ （3）人的速度改变量是多少？ 【学生回答】人和小物体是一个系统，以飞船为参考系，设小物体运动的方向为正方向，小物体的动量改变量 u，人的动量改变量是，根据动量守恒定律0，解得。 【提出问题】火箭如何获得巨大速度？与什么因素有关？ 【问题情境】设火箭飞行时在极短的时间Δt内喷射燃气的质量为Δm,喷出燃气后火箭的质量为m。研究喷出燃气后火箭的速度。 【问题1】若喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，火箭在一次喷气后增加的速度是多少？以地面与以喷气前的火箭为参考系时，结果是否不同？ 【问题2】若喷出的燃气相对地面的速度是u，火箭在一次喷气后增加的速度是多少？ 【学生回答】(1)以喷气前的火箭为参考系，根据动量守恒定律得出: 解出 以地面为参考系，设喷气前火箭相对地面的速度为v，根据动量守恒定律得，解得。所以，以地面与以喷气前的火箭为参考系时，结果相同。 （2）若喷出的燃气相对地面的速度是u，根据动量守恒定律得，解得，这种情况比（1）中求得的要大。 【教师总结】以板书呈现内容推导过程，指出火箭喷出的燃气的速度u越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度就越大。 【提出问题】现代火箭为什么要采用多级结构? 【学生回答】由于技术原因，喷气速度存在极限值，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫，所以采用多级火箭。 【教师总结】理论上采用多级火箭可将火箭的速度提得很高，但是实际应用中火箭级数一般不超过四级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。 【视频展示】播放“神舟“十七号发射过程的实况录像，播放剪辑视频“中国航天大事记”。 【教师总结】火箭技术是国家综合国力的重要体现，我国已多次运用自主研制的火箭成功发射人造卫星和远程洲际导弹，火箭技术位居世界前列，同学们感受到了科技的力量，同时也为我们伟大的祖国感到骄傲，同学们也要有科技报国的使命感，所以当下要奋发图强，在未来科技的发展上贡献自己的一份力量。 三、例题展示 【例题1】如图所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人从静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求船和人对地面的位移各为多少？ 例题分析 动量守恒定律在人船模型中的应用，也属于反冲运动的典例应用。 例题解答：以人和船组成的系统为研究对象，在人由船的一端走到船的另一端的过程中，系统水平方向不受外力作用，所以整个系统水平方向动量守恒，可得：，人和船运动经历的时间相等，有：t,所以：，又因为：，解得L， 本知识点设计说明 反冲的应用。 【变式训练1】如图所示，一个质量为m1＝50kg的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总质量为m2＝20kg，长绳的下端刚好和水平面接触。当静止时人离地面的高度为h＝5m。如果这个人开始沿绳向下滑，当他滑到绳下端时，他离地面高度是(可以把人看作质点) (　　) A．5m　　　 B．3.6m C．2.6m　　　 D．8m 答案B 【例题2】一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次。 (1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？ (2)运动第1s末，火箭的速度多大？ 例题分析 火箭发射时对应的速度求解问题，注意所选择的参考系。 例题解答：方法一：喷出气体运动方向与火箭运动方向相反，系统动量守恒，可得，所以。第二次气体喷出后，火箭速度为，有，所以，第三次气体喷出后，火箭速度为，有，所以m/s。依次类推，第n次气体喷出后，火箭速度为vn，有 ，所以。因为每秒喷气20次，所以1s末火箭速度为v20＝＝m/s＝13.5 m/s。 方法二：整体选取研究对象，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，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒 定律得：，所以。 (2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象可得：，所以 。 本知识点设计说明 动量守恒在火箭发射中的应用。 【变式训练2】总质量为M 的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为(　　) A．v0＋mu/M B．v0－mu/M C．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m) 答案 A 评价反馈 1.如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为(　 　) A．v0－v2　　　　　　　　 B．v0＋v2 C．v0－v2 D．v0＋(v0－v2) 答案 D 2．如图所示，自行火炮连同炮弹的总质量为m0，当炮筒水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　 　) A. B. C. D. 答案B 3．一航天探测器完成对月球的探测后，离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一定倾角的直线飞行，先加速运动后匀速运动．探测器通过喷气而获得动力，以下关于喷气方向的说法正确的是(　 　) A．探测器加速运动时，向后喷射 B．探测器加速运动时，竖直向下喷射 C．探测器匀速运动时，竖直向下喷射 D．探测器匀速运动时，不需要喷射 答案C 4．如图所示，质量为m、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上。当小球从如图所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离是(　　) A. B. C. D. 答案B 5.穿着溜冰鞋的人，站在光滑的冰面上，沿水平方向举枪射击，设第一次射出子弹后，人后退的速度为v，则(设每颗子弹射出时对地面的速度相同)(　 　) A．无论射出多少颗子弹，人后退的速度为v保持不变 B．射出n颗子弹后，人后退的速度为nv C．射出n颗子弹后，人后退的速度大于nv D．射出n颗子弹后，人后退的速度小于nv 答案C 课堂小结 【教师引导】 回顾本节课的学习，总结反冲现象的基本特征，火箭升空原理，火箭的发展历史，提高火箭发射速度的方法等。 教师提问，倾听学生回答，适当提示，适时指正。 【学生总结】 本节课学习了反冲现象的特点、原理，生活中常见的反冲现象，火箭的发射，这些都属于动量守恒的具体应用。 布置作业 【掌握巩固】 完成课本课后习题和学案。 板书设计 第6节 反冲现象 火箭 1.反冲现象 （1）定义：一个物体在内力的作用下，一部分向某一方向运动时，剩余部分将沿相反的方向运动，这个现象叫做反冲。 （2）原理：动量守恒定律 相互作用前：， 相互作用后：， 由动量守恒得：， 故有：，负号表示作用后的两部分运动方向相反。 （3）应用：火箭、反击式水轮机等 2、火箭 （1）发展历史：发明于宋代 （2）原理：反冲运动 解：以喷气前的火箭为参考系。 解出 （3）提高速度的方法 ①提高喷气速度 ②增大质量比 教学反思 物理观念层面上，从通过反冲现象寻找共同规律总结反冲特点，从对生活中反冲现象的准确寻找，从通过实验现象推理论证出反冲现象遵循动量守恒定律，从大箭的工作原理、采用多级火箭的目的掌握等方面评价学生的收获。科学思维层面上，从透过现象看本质、观察和发现问题的能力、探寻反冲运动的共同特征、探究反冲运动的本质规律，对火箭工作原理的分析、对变力作用下系统内物体位移关系的寻找等方面评价学生的收获。科学探究层面上，从对现实生活中反冲实例的观察、思考和探究，从分析问题的方法，从积极主动动手实践，利用反冲运动的原理设计产品，在小组中积极协调合作等方面评价学生的收获。科学态度与责任层面上，从在生活现象中总结规律，获得科学研究的兴趣和勇于探索的品质，循序渐进、精益求精的治学和做事态度，对我国航空航天事业的伟大成就的自豪感，科技强国的信心和信念等方面评价学生的收获。 本节课整体立足于学生的认知特点，充分体现新课改当中学生为主体、教师为主导的指导思想，大胆启发学生思维。但是，本节课的不足之处还有很多，应当为学生提供更多的实验器材，让学生思路更开阔；另外在学生展示环节，应当调动更多的学生参与，比如让学生质疑、解惑等等，让学生在语言的交流中、思维的碰撞中产生更多的火花！ 备课资源 关于火箭的知识 火箭的基本概念和原理火箭是一种推进器，通过喷射高速喷流来产生反作用力，实现自身的推进。它是在真空中运行的，不需要依靠外部介质，因此适用于太空探索等场景。火箭的组成和分类火箭由发动机、燃料、氧化剂、控制系统和载荷等组成。 根据火箭的用途和特点，可以将火箭分为多种不同的分类。按照用途可分为运载火箭、导弹火箭和宇宙飞船；按照推进方式可分为化学火箭、核火箭和电动火箭；按照发射方式可分为地面发射火箭和水下发射火箭等。 火箭的发展历史火箭的发展可以追溯到中国古代的火箭技术。在宋朝时期，中国的火药被应用于火箭中，并用于军事用途。火箭的现代应用始于20世纪初，随着科学技术的发展，火箭逐渐应用于航天领域。 20 世纪50年代，苏联和美国展开了激烈的太空竞赛，分别成功发射了人造卫星和载人航天器。此后，火箭技术得到了极大的发展，成为现代航天事业的重要组成部分。 火箭的应用领域火箭技术的应用领域非常广泛。在航天领域，火箭被用于发射卫星、探测器和载人飞船，用于地球观测、通信、导航和科学研究等任务。 火箭还被广泛应用于军事领域，包括导弹系统、洲际导弹以及战略武器等。火箭技术还可以应用于火箭运输、火箭发动机试验和科研实验等领域。 火箭技术的挑战与发展方向火箭技术在实际应用中面临着许多挑战。其中包括提高发动机推力和燃料效率、提升火箭的重复使用性、降低成本和提高安全性等。为了应对这些挑战，科学家们正在积极探索和研究各种新的火箭技术。例如，研发可重复使用的火箭发射器、开发新型的推进剂、探索核聚变和电动火箭等新技术。火箭作为一种重要的推进器，具有广泛的应用前景。随着科技的不断进步，相信火箭技术将在航天、军事和其他领域发挥更加重要的作用。 学科网（北京）股份有限公司 $