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

《1.6 反冲现象 火箭》教学设计 ——人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 课时：1 课时（40 分钟）　课型：新授课 一、教材分析 本节是人教版（2019）高中物理选择性必修第一册第一章《动量守恒定律》的第6节，是动量守恒定律在反冲现象中的具体应用。教材从章鱼、乌贼游动引入，通过发射炮弹时炮身后退的现象引出反冲概念，分析反冲现象的原理，然后介绍反冲现象的应用和防止，最后以火箭为例详细分析反冲原理在航天技术中的应用。 教材内容包括两部分：一是反冲现象（反冲的定义、原理、应用和防止），二是火箭（火箭的工作原理、火箭速度的影响因素、三级火箭）。本节是动量守恒定律的重要应用，体现了物理知识在现代科技中的应用，对激发学生学习物理的兴趣、培养科学态度与责任具有重要意义。 教学重点是反冲现象的原理和火箭的工作原理；教学难点是火箭速度公式的推导和对火箭速度影响因素的理解。 二、学情分析 学生在前面已经学习了动量守恒定律，知道了动量守恒定律的内容和适用条件，也做过验证动量守恒定律的实验，对动量守恒定律的应用有了一定的基础。学生在生活中对反冲现象有一定的感性认识（如气球放气后飞出去、枪射击时的后坐力等），但对其背后的物理原理缺乏理性分析。 但学生在学习本节内容时，可能会遇到以下困难：一是反冲现象中系统动量守恒的判断，学生容易忽略内力远大于外力这个条件；二是火箭速度公式的推导，涉及相对速度的转换和微元思想，学生理解有一定困难；三是对火箭速度影响因素的理解，喷气速度和质量比两个因素如何影响火箭速度，学生需要仔细分析；四是反冲现象中速度的方向性和相对性，学生容易出错。 因此，教学中要从学生熟悉的现象引入，通过实验和实例帮助学生理解反冲原理；要引导学生用动量守恒定律分析反冲现象；要通过火箭速度公式的推导，让学生理解火箭速度的影响因素。 三、教学目标（核心素养目标） （1）物理观念：知道反冲现象的概念和特点；理解反冲现象的物理原理（动量守恒定律）；了解反冲现象的应用和防止；了解火箭的工作原理；知道影响火箭速度的两个主要因素（喷气速度和质量比）。 （2）科学思维：能用动量守恒定律分析反冲现象；能推导火箭速度增加量的公式；能分析火箭速度的影响因素；能解决简单的反冲问题（如人船模型）。 （3）科学探究：通过观察反冲现象实验（气球、弯管容器），归纳反冲现象的特点；能运用动量守恒定律解释反冲现象；能在新的情境中应用反冲原理解决问题。 （4）科学态度与责任：通过了解我国火箭技术的发展成就，增强民族自豪感和爱国情怀；通过了解反冲现象在生产生活中的应用，认识物理学对科技进步和社会发展的重要作用；通过三级火箭的学习，体会科学技术的发展对人类探索宇宙的推动作用。 四、教学重难点 教学重点：反冲现象的概念和原理；火箭的工作原理；影响火箭速度的两个主要因素。 教学难点：反冲现象中动量守恒条件的判断；火箭速度公式的推导和对质量比的理解；反冲问题中速度的方向性和相对性。 五、教学方法与教学准备 教学方法：实验演示法、讲授法与讨论法相结合、多媒体辅助教学法、讲练结合法。 教学准备：多媒体课件（含章鱼游动视频、火箭发射视频、古代火箭图片、三级火箭结构图、课堂练习）；演示实验器材（气球、弯管和可旋转盛水容器）。 六、教学过程（40 分钟） （一）新课导入（约 3 分钟） 教师展示图片：章鱼和乌贼在水中游动。 教师讲解：你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？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。 教师提问：章鱼游动时体现了什么物理原理？ 学生活动：观察图片，思考并自由发言。 教师引导：章鱼游动时，它把水向一个方向喷出，身体就向相反方向运动，这就是我们今天要学习的反冲现象。 （二）反冲现象（约 15 分钟） 1.反冲现象的定义（约 5 分钟）。 教师讲解：发射炮弹时，炮弹从炮筒中飞出，炮身则向后退。这种情况由于系统内力很大，外力可忽略，可用动量守恒定律来解释。射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为零。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，炮身必将向后运动。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作反冲。 教师板书反冲定义：一个静止的物体，在内力的作用下，分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫作反冲。 教师强调反冲的特点：物体间相互作用突然发生，时间短，作用强；系统所受外力一般不为零，但远小于内力，遵循动量守恒定律。 2.反冲现象的原理分析（约 5 分钟）。 教师演示实验1：把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。 教师提问：气球为什么会飞出去？ 学生回答：气球内的气体向后喷出，气球向前运动，这是反冲现象。 教师演示实验2：把弯管装在可旋转的盛水容器的下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。 教师提问：容器为什么会旋转？ 学生回答：水从弯管喷出，容器向反方向旋转，这也是反冲现象。 教师引导学生用动量守恒定律分析：反冲现象中，系统原来静止总动量为零，分裂后两部分向相反方向运动，动量大小相等方向相反，总动量仍然为零。由于内力远大于外力，动量守恒。反冲过程中，有其他形式的能转化为机械能，系统的总动能增加。 3.反冲现象的应用和防止（约 5 分钟）。 教师讲解反冲现象的应用：农田、园林的喷灌装置能够一边喷水一边旋转，这是因为喷口的朝向略有偏斜，水从喷口喷出时，喷管因反冲而旋转，这样可以自动改变喷水的方向。灌溉喷水器、礼花燃放都是反冲现象的应用。 教师讲解反冲现象的防止：枪身的反冲会影响射击的准确性，用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。大炮发射时炮身后退，为了减少反冲对射击的影响，大炮都装有止退装置。 教师强调：反冲现象有时是有益的，我们要利用它；有时是有害的，我们要防止它带来的影响。 （三）火箭（约 18 分钟） 1.火箭的工作原理（约 8 分钟）。 教师展示图片：我国古代的火箭。 教师讲解：我国早在宋代就发明了火箭，箭杆上捆了一个前端封闭的火药筒，点燃后生成的燃气以很大速度向后喷出，箭杆由于反冲而向前运动。喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理，它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。 教师讲解思考与讨论：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。这个人手中拿着一个质量为Δm的小物体，现在他以相对于飞船为u的速度把小物体抛出。 教师提问：小物体的动量改变量是多少？人的动量改变量是多少？人的速度改变量是多少？ 学生回答：小物体的动量改变量是Δmu，方向沿抛出方向；人的动量改变量是-Δmu，方向与抛出方向相反；人的速度改变量是-Δmu/m。 教师引导学生推导火箭速度公式：上面思考与讨论中所描述的情境与火箭发射的原理大致相同。设火箭飞行时在极短的时间Δt内喷射燃气的质量是Δm，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。以喷气前的火箭为参考系，喷气前火箭的动量是0，喷气后火箭的动量是mΔv，燃气的动量是Δmu。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍然为零，所以mΔv + Δmu = 0，解出Δv = -Δm/m · u。 教师强调：上式表明，火箭喷出的燃气速度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Δv就越大。 2.火箭速度的影响因素（约 5 分钟）。 教师讲解：现代火箭发动机的喷气速度通常在2000~5000m/s，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫。火箭起飞时的质量与燃料燃尽时的质量之比叫作火箭的质量比。这个参数一般小于10，否则火箭结构的强度就有问题。但是，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9km/s的速度。 教师提问：采取哪些措施有利于增加火箭的飞行速度？ 学生回答：使喷出的气体速度更大；使喷出的气体质量与火箭本身质量之比更大（即增大质量比）。 教师强调：火箭速度由两个因素决定：一是喷气速度u，二是质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。喷气速度越大、质量比越大，火箭最终速度越大。 3.三级火箭（约 5 分钟）。 教师讲解：为了解决单级火箭速度不够的问题，科学家提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，这样一级一级地连起来，理论上火箭的速度可以提得很高。 教师展示三级火箭结构图：第一级、第二级、第三级、运载物。 教师强调：但是实际应用中一般不会超过四级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加得很多，工作的可靠性也会降低。一般多级火箭都是三级火箭。 教师介绍我国火箭技术发展：我国自1956年建立了专门的航天研究机构到现在，火箭技术有了长足的发展。我国的火箭技术已经跨入了世界先进行列。 教师强调：通过介绍我国火箭技术成就，增强学生的民族自豪感和爱国情怀。 （四）课堂小结与练习（约 4 分钟） 教师引导学生回顾本节课内容：本节课我们学习了反冲现象和火箭。反冲是指一个静止的物体在内力作用下分裂为两部分，一部分向某方向运动，另一部分向相反方向运动的现象。反冲现象遵循动量守恒定律，因为内力远大于外力。反冲现象有应用（灌溉喷水器、礼花）也有防止（步枪射击抵肩、大炮止退装置）。火箭的工作原理是反冲，火箭速度由喷气速度和质量比两个因素决定：喷气速度越大、质量比越大，火箭速度越大。为了提高火箭速度，采用多级火箭（一般三级）。 教师强调核心概念和方法：反冲现象遵循动量守恒定律；火箭速度Δv = -Δm/m · u；影响火箭速度的两个因素（喷气速度、质量比）；多级火箭。 【课堂练习】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.反冲运动中系统动量守恒 解析：反冲与两部分质量大小无关，A错误；反冲力是相互作用力，大小相等方向相反，B错误；反冲运动中牛顿定律都适用，C错误；反冲运动中内力远大于外力，系统动量守恒，D正确。答案D。 七、板书设计 1.6 反冲现象 火箭 一、反冲现象 1.定义：一个静止的物体在内力作用下分裂为两部分，一部分向某方向运动，另一部分向相反方向运动 2.原理：内力远大于外力，动量守恒；系统总动能增加 3.应用：灌溉喷水器、礼花燃放 4.防止：步枪射击抵肩、大炮止退装置 二、火箭 1.原理：反冲现象，靠喷出燃气的反冲作用获得速度 2.速度公式：Δv = -Δm/m · u（u为喷气速度，m为火箭质量） 3.影响因素：喷气速度越大，火箭速度越大；质量比越大，火箭速度越大 4.多级火箭：一般三级，逐级抛弃燃料用完的箭体减轻质量 八、作业布置 1.完成教材练习与应用第1、2题，巩固反冲现象和火箭原理的理解。 2.查阅资料，了解我国火箭技术的发展历程和最新成就，写一段200字左右的介绍。 3.思考：为什么多级火箭一般不超过四级？如果级数太多会有什么问题？ 九、教学反思（简述） 本节课从章鱼游动引入，通过演示实验（气球放气、弯管容器旋转）让学生直观感受反冲现象，然后用动量守恒定律分析反冲原理，最后以火箭为例介绍反冲原理在航天技术中的应用。教学中注重从生活现象到物理原理，再到科技应用，体现了从生活走向物理、从物理走向社会的课程理念。从课堂反应来看，学生对反冲现象兴趣浓厚，对火箭发射特别感兴趣。 在教学过程中，要注意以下几点：第一，新课引入要生动有趣，章鱼游动、气球放气、弯管旋转等实验直观形象，能够快速激发学生的学习兴趣；第二，反冲现象的原理分析要让学生用动量守恒定律自己解释，教师不要包办代替；第三，火箭速度公式的推导是教学难点，涉及相对速度和微元思想，学生理解可能有困难，不要讲得太深，只要学生知道喷气速度和质量比两个因素影响火箭速度即可；第四，三级火箭的介绍要结合我国航天成就，增强学生的民族自豪感，这是科学态度与责任素养的重要体现；第五，本节课内容相对简单，时间比较充裕，可以适当增加反冲问题的计算练习，如人船模型的简单应用；第六，反冲现象的应用和防止要多举生活中的例子，让学生体会物理知识在生活中的广泛应用。 5 学科网（北京）股份有限公司 $