1.6 反沖現(xiàn)象 火箭（教學設計）-【大單元教學】（人教版2019選擇性必修第一冊）

第一章動量守恒定律第6節(jié)反沖現(xiàn)象火箭【教學內(nèi)容分析】反沖運動在生產(chǎn)、生活、航天、國防有廣泛應用，本節(jié)內(nèi)容既能鞏固深化動量守恒定律，又與科技興國戰(zhàn)略相適應，對培養(yǎng)學生的科技意識和學科素養(yǎng)尤為重要。教材首先通過思考與討論章魚、烏賊游泳時應用了什么物理原理引入新課，得到反沖運動的定律。然后列舉生產(chǎn)、生活中的反沖運動現(xiàn)象，著重介紹我國火箭技術的發(fā)展，激發(fā)學生的愛國熱情。運用用火箭噴射燃氣研究反沖運動遵循的規(guī)律，將反沖運動生活化、實際化。教學可以運用大量的視頻和圖片資料，呈現(xiàn)火箭發(fā)射過程的實況錄像，分析多級火箭的工作原理，加深學生對多級火箭的原理和發(fā)射過程的了解?！窘虒W目標和核心素養(yǎng)】1物理觀念：能結合動量守恒定律對反沖現(xiàn)象做出解釋。2科學思維：進一步提高運用動量守恒定律分析和解決實際問題的能力。3科學探究：通過演示視頻，探究實驗中的物理關系，分析得到什么是反沖運動，知道反沖運動的本質(zhì)，并具備對反沖類問題進行定量運算的能力。4科學態(tài)度與責任：通過介紹我國成功地研制和發(fā)射長征系列火箭的事實，結合我國古代對于火箭的發(fā)明和我國的現(xiàn)代火箭技術已跨入世界先進先烈，激發(fā)學生熱愛社會主義的情感。【教學重難點】1．反沖運動的特點及應用動量守恒定律對反沖運動進行定量計算。2．如何運用動量守恒定律分析、解決反沖運動問題?！窘虒W方法】講授法、啟發(fā)—引導式教學、對話法?！窘虒W用具】自制反沖小車、多媒體課件、火箭發(fā)射視頻?！窘虒W過程】一、創(chuàng)設情境，引入課題1．教師以互動問答的方式，引導學生復習動量、動量守恒定律及其條件等相關知識。2．播放視頻（觀看23年8月14日下午，快舟一號甲運載火箭在西昌酒泉的發(fā)射）觀看火箭升空過程。3．實驗演示【演示實驗1】將吹滿氣的氣球釋放，觀察氣球的運動?！狙菔緦嶒?】自制易拉罐注滿水后，噴水過程中發(fā)現(xiàn)易拉罐的旋轉(zhuǎn)。【演示實驗3】反沖式小船，注水后在水槽中前進?！狙菔緦嶒?】反沖式小汽車，氣球放球后小車前進。提問：這幾個實驗的共同點是什么？點評學生的回答，并引出什么是反沖運動。新課教學（一）活動：反沖現(xiàn)象做一做：1.把一個氣球吹起來，用手捏住氣球的通氣口（圖甲），然后突然放開，讓氣體噴出，觀察氣球的運動。2.如圖乙，把彎管裝在可旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部。當水從彎管流出時，容器就旋轉(zhuǎn)起來。反沖現(xiàn)象：定義：發(fā)射炮彈時，炮彈從炮筒中飛出，炮身則向后退。這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，可用動量守恒定律來解釋。射擊前，炮彈靜止在炮筒中，它們的總動量為0。炮彈射出后以很大的速度向前運動，根據(jù)動量守恒定律，炮身必將向后運動。只是由于炮身的質(zhì)量遠大于炮彈的質(zhì)量，所以炮身向后的速度很小。炮身的這種后退運動叫作反沖（recoil）反沖運動的特點：①.物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動②內(nèi)力遠大于外力（或在某一方向上內(nèi)力遠大于外力），系統(tǒng)動量守恒或在某一方向動量守恒。③機械能增加反沖運動的理論依據(jù)反沖運動和碰撞、爆炸相似，相互作用力一般很大，一般滿足內(nèi)力>>外力，所以反沖運動可用動量守恒定律來處理。（二）火箭古代火箭現(xiàn)代火箭火箭結構圖現(xiàn)代火箭的知識作用：發(fā)射洲際導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船.原理：利用反沖運動.結構：為了提高速度，實行多級（不超過四級）火箭發(fā)射.思考與討論：質(zhì)量為m的人在遠離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對靜止。由于沒有力的作用，他與飛船總保持相對靜止的狀態(tài)。這個人手中拿著一個質(zhì)量為?m的小物體?，F(xiàn)在他以相對于飛船為u的速度把小物體拋出（圖）。1.小物體的動量改變量是多少？2.人的動量改變量是多少？3.人的速度改變量是多少？思考與討論中所描述的情境與火箭發(fā)射的原理大致相同。設火箭飛行時在極短的時間?t內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量是?m，噴出的燃氣相對噴氣前火箭的速度是u，噴出燃氣后火箭的質(zhì)量是m。我們就可以計算火箭在這樣一次噴氣后增加的速度?v。以噴氣前的火箭為參考系。噴氣前火箭的動量是0，噴氣后火箭的動量是m?v，燃氣的動量是?mu。根據(jù)動量守恒定律，噴氣后火箭和燃氣的總動量仍然為0，所以：m?v＋?mu＝0解出：?v＝－上式表明，火箭噴出的燃氣的速度u越大、火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比越大，火箭獲得的速度?v就越大。（三）三級火箭現(xiàn)代火箭發(fā)動機的噴氣速度通常在2000～5000m/s，近期內(nèi)難以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在減輕火箭本身質(zhì)量上下功夫?；鸺痫w時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比叫作火箭的質(zhì)量比。這個參數(shù)一般小于10，否則火箭結構的強度就有問題。但是，這樣的火箭還是達不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星的7.9km/s的速度。為了解決這個問題，科學家提出了多級火箭的概念。把火箭一級一級地接在一起，第一級燃料用完之后就把箭體拋棄，減輕負擔，然后第二級開始工作，這樣一級一級地連起來，理論上火箭的速度可以提得很高（圖）。但是實際應用中一般不會超過四級，因為級數(shù)太多時，連接機構和控制機構的質(zhì)量會增加很多，工作的可靠性也會降低我國自1956年建立了專門的航天研究機構到現(xiàn)在，火箭技術有了長足的發(fā)展。截至2017年底，已經(jīng)完成近300次各種衛(wèi)星的發(fā)射任務，成功地實現(xiàn)了載人航天飛行，并在國際航天市場占有一席之地（圖）。我國的火箭技術已經(jīng)跨入了世界先進行列。（四）人船模型如圖所示，質(zhì)量為M的小船長L，靜止于水面，質(zhì)量為m的人從船右端走到船左端，不計水對船的運動阻力，則:該過程中船將移動多遠？總結人船模型特點：①人動船動，人靜船靜，人快船快，人慢船慢，人左船右；速度比等于質(zhì)量的反比；位移比等于質(zhì)量的反比；（五）課堂小結一、反沖現(xiàn)象特點：①靜止；②兩部分運動方向相反原理：動量守恒定律二、火箭原理：動量守恒定律0=?mu+m?v?v=-eq\f(?m,m)u【課堂練習】1.一架噴氣式飛機飛行的速度是800m/s，如果它噴出的氣體相對飛機的速度小于800m/s，那么以地面為參考系，氣體的速度方向?qū)嶋H上是與飛機飛行的方向相同的。如果在這種情況下繼續(xù)噴出氣體，飛機的速度還會增加嗎？為什么？2.一個連同裝備共有100kg的航天員，脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對靜止的狀態(tài)。裝備中有一個高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10min內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出多少氣體？3.用火箭發(fā)射人造地球衛(wèi)星，假設最后一節(jié)火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以7.0×103m/s的速度繞地球做勻速圓周運動。已知衛(wèi)星的質(zhì)量為500kg，最后一節(jié)火箭殼體的質(zhì)量為100kg。某時刻火箭殼體與衛(wèi)星分離，分離時衛(wèi)星與火箭殼體沿軌道切線方向的相對速度為1.8×103m/s。試分析計算：分離后衛(wèi)星的速度增加到多大？火箭殼體的速度是多大？分離后它們將如何運動？4.一個士兵坐在皮劃艇上，他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量是120kg。這個士兵用自動步槍在2s內(nèi)沿水平方向連續(xù)射出10發(fā)子彈，每發(fā)子彈的質(zhì)量是10g，子彈離開槍口時相對步槍的速度是800m/s。射擊前皮劃艇是靜止的，不考慮水的阻力。（1）每次射擊后皮劃艇的速度改變多少？（2）連續(xù)射擊后皮劃艇的速度是多大？（3）連續(xù)射擊時槍所受到的平均反沖作用力是多大？學生學習評價量表小組_________

姓名___________

日期___________

評價項目評價內(nèi)容評

價

標

準評價方式備注優(yōu)（5分）良（4分）中（3分）差（2分）自評互評家長評師評學習態(tài)度1、學習目標明確，重視學習過程的反思，積極優(yōu)化學習方法2逐步形成濃厚的物理學習興趣3、保質(zhì)保量按時完成作業(yè)4、重視自主探索、自主學習，拓展視野積極，熱情，主動積極熱情但欠主動態(tài)度一般較差學習方式1、學生個體的自主學習能力強，會傾聽、思考、表達和質(zhì)疑。2、學生普遍有濃厚的學習興趣，在學習過程中參與度高。3、學生之間能采取合作學習的方式，并在合作中分工明確地進行有序和有效的探究。4、學生在學習中能自主反思，發(fā)揮求異、求新的創(chuàng)新精神，積極地提出問題和討論問題。自主學習能力強，會傾聽、思考、表達和質(zhì)疑。自主學習能力較強，會傾聽、思考、表達。自主學習能力一般，會傾聽。自主學習能力較差，不會思考。參與程度1認真參加物理學習活動，積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題2逐步提高物理表達與交流能力3積極參加物理探究、物理建?；顒?，加強物理文化的學習4積極參加物理實踐活動等積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題，表達能力強積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題能發(fā)現(xiàn)問題，俁解決問題能力一般參與意識不夠積極主動合作意識1積極參加物理合作學習，勇于接受任務、敢于承擔責任2加強小組合作，取長補短，共同提高3樂于助人，積極幫助學習有困難的同學4公平、公正地進行自評和互評，評價過程認真、負責、有誠信合作意識強，組織能力好，與別人互相提高，有學習效果能與他人合作，并積極幫助有困難的學習有合作意識，但總結能力不強不能很好地與他人合作學習探究活動1積極嘗試、體驗物理研究的過程2逐步形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，不怕困難的科學精神3勇于質(zhì)疑，善于反思，有創(chuàng)新意識4善于觀察分析物理事實，提出有意義的物理問題，猜測、探求適當?shù)奈锢斫Y論和規(guī)律，給出解釋和證明，撰寫探究活動報告①對事物的性質(zhì)、規(guī)律及該事物與他事物內(nèi)在聯(lián)系達到較深刻的理解②（同左①）理解較淺③（同左①）理解模糊①未理解知識和技能的應用1認真觀察物理與日常生活和其他學科的聯(lián)