1.6 反冲现象 火箭 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦反冲现象及火箭原理，通过乌贼喷水、气球喷气等现象导入，引导学生归纳共同特征，结合实验探究建立概念，再用动量守恒推导规律，形成从现象到规律到应用的学习支架。 其亮点是以科学探究为核心，通过气球喷气动量方向、水流反冲转动等实验培养科学思维，结合人船模型、火箭例题深化物理观念。采用探究式教学，小结系统梳理现象、规律、应用，助力学生构建知识体系，也为教师提供完整教学资源。

第一章 动量守恒定律 1.6 反冲现象 火箭 乌贼喷水前进 气球喷气运动 火箭升空 这些运动看起来不同，却都出现了喷出一部分、整体向相反方向运动的现象。它们共同遵循什么规律？ 新课导入 1. 能通过气球、喷水容器等现象归纳反冲现象的共同特征。 2. 能用动量守恒定律解释反冲运动中两部分运动方向和速度关系。 3. 能说明火箭飞行原理，知道影响火箭最终速度的主要因素。 4. 能在枪炮后坐、人船模型、火箭分离等情境中判断反冲问题。 学习目标 一、观察：反冲现象有什么共同特征 可以把“喷出部分”和“剩余部分”看成一个系统，用动量变化关系分析。 观察任务：水、气体或液体喷出时，原来的物体怎样运动？ 思考：能否把「喷出的部分」和「剩余部分」看成一个系统来分析？ 原来的物体沿喷出方向的相反方向运动； 新知探究 实验探究：气球喷气中的动量方向 活动：放开气球，观察气体喷出方向和气球运动方向。 问题：气体获得的动量指向哪里？气球获得的动量指向哪里？ 气体动量沿喷出方向；气球动量沿相反方向。 归纳：若初始总动量近似为零，气体和气球的动量大小相等、方向相反。 新知探究 实验探究：水流反冲为什么会产生转动 情境：弯管中的水沿切线方向流出。 问题：容器为什么不是平动而是转动？ 转动方向由什么决定？ 水流对弯管产生反作用力，力的作用线偏离转轴，形成使容器转动的力矩。 结论： 反冲既能造成直线运动，也能造成转动；转动方向由反作用力矩方向决定。 新知探究 二、建构：什么是反冲现象 定义：系统在内力作用下，当一部分向某一方向运动时，剩余部分沿相反方向运动的现象，叫作反冲现象。 若系统初始总动量为零，根据动量守恒可得： 含义：两部分动量大小相等、方向相反，速率与质量成反比。 新知探究 反冲运动适用动量守恒吗 判断条件： 1. 系统不受外力或所受外力之和为零，可以直接用动量守恒。 2. 系统受到外力，但内力远大于外力，外力可忽略。 3. 若某一方向合外力为零，可在该方向上应用动量守恒。 注意：反冲中常有化学能、生物能或弹性势能转化为机械能，系统总动能可能增加。 新知探究 三、应用与防止：反冲有利也有弊 灌溉喷水器：利用水流反冲转动。 海上冲水：利用喷水反冲升起。 枪后坐：需要减小反冲影响。 问题：为什么同一原理既可以被利用，也需要被控制？ 反冲可提供推进或转动，也会造成后坐和振动； 工程上按目标利用或减小它。 新知探究 例题1：枪身后坐速度怎样求 机关枪质量 M = 8 kg，射出的子弹质量 m = 20 g，子弹出口速度 v = 1000 m/s。若忽略外力，枪身后退速度 v′ 是多大？ 方向：枪身后退方向与子弹运动方向相反。 新知探究 四、火箭：连续的反冲现象 古代火箭和现代火箭的共同点：燃气高速向后喷出，火箭获得方向相反的动量。 新知探究 火箭怎样获得速度 火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量。根据动量守恒，火箭获得大小相等、方向相反的动量，因此持续加速。 随着推进剂消耗，火箭质量逐渐减小，加速度通常会增大。 问题：要让火箭最终速度更大，应改变哪些量？ 提高燃气喷射速度，增大喷出物质质量与剩余火箭质量的比值。 新知探究 思考与讨论：人在太空中怎样回到飞船 质量为 m 的人在远离任何星体的太空中与飞船相对静止。他把质量为 Δm 的小物体以相对于飞船为 u 的速度抛出。 思考： 1. 小物体的动量怎样变化？ 2. 人的动量怎样变化？ 3. 人的速度改变方向与小物体抛出方向有什么关系？ 若要回到飞船，应向远离飞船方向抛出小物体。 小物体获得抛出方向动量； 人获得反方向动量。 新知探究 影响火箭最终速度的因素 设火箭发射前总质量为 M，燃料燃尽后火箭质量为 m，燃气对地喷射速度为 v0，燃尽后火箭速度为 v。 结论：喷气速度越大，喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度越大。 新知探究 为什么现代火箭常采用多级结构 问题：只增大燃料质量，能无限提高火箭速度吗？ 证据：燃烧结束的空壳仍要被后续火箭推动，会成为负担。 做法：多级火箭及时抛掉空壳，减小剩余火箭质量，提高质量比。 限制：级数越多，结构越复杂，可靠性越差。 新知探究 迁移应用：人船模型中的反冲思想 人在船上行走时，人和船在水平方向近似不受外力，系统动量守恒。 人向右运动，船向左运动。 任一时刻速度大小之比与质量成反比；一段时间内位移也满足相应关系。 新知探究 例题：人船模型中的位移关系 一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾。已知人的质量 m = 60 kg，船的质量 M = 120 kg，船长 L = 3 m，水的阻力不计，求船在水中移动的距离。 解：设船向左移动距离为 x，则人相对地面向右移动距离为 L - x。 水平方向系统不受外力，质心位置不变： 答案：船在水中移动的距离为 1 m，方向与人行走方向相反。 M x = m(L - x) 120x = 60(3 - x) x = 1 m 新知探究 分析反冲问题的一般路径 1. 选系统：喷出部分 + 剩余部分。 2. 选方向：通常以剩余部分运动方向为正方向。 3. 判条件：外力是否可忽略，或某一方向动量是否守恒。 4. 列方程：注意速度都要相对于同一参考系。 5. 看能量：反冲中常有其他形式能转化为机械能。 随堂练习 航天中的反冲：从原理到工程 反冲不是只存在于课堂模型中，它支撑火箭、飞船和卫星发射等航天工程。理解规律，是理解现代科技的起点。 思考：工程中还需要解决哪些仅靠动量守恒不能回答的问题？ 还需解决结构强度、姿态控制、燃料效率、热防护、轨道控制和可靠性等问题。 新知探究 1. 关于反冲运动的说法中，正确的是（ ） A. 抛出物 m1 的质量要小于剩下质量 m2 才能获得反冲 B. 若抛出质量 m1 大于剩下质量 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. 对抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律 D 随堂练习 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. 燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭 B. 火箭发动机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，然后向后推出，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 B 随堂练习 3. 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。已知卫星质量为 m1，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变化，则分离后卫星速率 v1 的表达式应由哪一条件确定？（ ） A. 机械能守恒 B. 动能不变 C. 重力做功为零 D. 动量守恒 D 随堂练习 4. （多选）一只质量为 0.9 kg 的乌贼吸入 0.1 kg 的水后，静止在水中。遇到危险时，它在极短时间内把水向后全部喷出，并以 2 m/s 的速度向前逃窜。下列说法正确的是（ ） A. 乌贼喷出的水的速度大小为 18 m/s B. 乌贼所受合力冲量大小为 0.9 N·s C. 乌贼和喷出的水组成的系统动量增大 D. 有 18 J 的生物能转化成机械能 AD 课堂小结 课堂小结：从反冲到火箭 现象 喷出一部分，剩余部分向相反方向运动。 规律 内力远大于外力时，可用动量守恒解释方向和速度关系。 应用 喷水器、海上冲水、火箭利用反冲；枪炮后坐需要控制。 课堂小结 $