课题研究优秀获奖教案

第五节 反冲运动

火箭

教学目标：

一、知识与技能

1.知道什么是反冲运动，能举出几个反冲运动的实例. 2.知道火箭的飞行原理和主要用途. 二、过程与方法

1.提高学生观察实验的能力. 2.培养学生的分析推理能力.

三、情感态度与价值观

1.火箭知识的了解认识，激发大家树立从事科学研究的目标.培养大家正确积极的人生观. 2.相关报道的了锯，激发同学们的爱国热情,进行爱国主义教育．

教学重点：

l.知道什么是反冲运动．

2.应用动量守恒定律正确处理喷气式飞机、火箭一类的问题. 教学难点：如何运用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题. 教学方法：实验法、归纳法、实例分析法、分层教学法. 教学用具

反冲运动小车、玻璃棒、气球、酒精、反冲塑料瓶。

教学过程

[投影本节学习目标] 1.知道什么是反冲运动；

2.能举出几个应用反冲运动的实例；

3.知道火箭的飞行原理和主要用途．

[学习目标完成过程] 一、新课导入

l、复习提问

上节课我们学习了动量守恒定律在解决实际问题过程中的应用，现在请同学们回答两个问题：

(1)动量守恒定律成立的条件是什么? (2)应用动量守恒定律解题的一般步骤是什么? 学生通过回忆后得出结论：

(1)动量守恒定律成立的条件包括：

①系统不受外力. ②系统所受外力之和为零. ③系统的内力远远大于所受外力．

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④系统在某一方向满足上述三种情形之一时，则在该方向上动量守恒. (2)应用动量守恒定律解题的一般步骤是：

①确定研究对象(系统). ②分析系统受力情况. ③判断是否满足守恒条件. ④确定研究过程始末状态的始末动量. ⑤据动量守恒定律列方程求解. 2.导入新课

本节我们从另一侧面来学习动量守恒定律的应用. 二、新课教学

(一)反冲运动

基础知识

请同学们拿出事先准备好的气球，吹起来以后用手捏住口，然后突然放手，观察所发生的物理现象。根据现象回答下列问题：

1.通过实验观察到什么现象？

2.气球为什么会运动起来？

3.气球和气球内的气体在发生相互作用时．除相互作用力外还受哪些力的作用? [学生活动] 学生按要求动手做气球反冲实验，并对实验进行观察，实验完毕后分组讨论，然后得出上述问题的结论：

1.从实验中可以看到：松开手以后，气球会沿与口相反的方向运动．

2.气球动起来后，具有了一定的动量，而其原来的动量是零。故它的动量发生了变化.由动量定理可知，气球一定受到了冲量的作用，而对气球产生冲量的只能是与气球有相互作用的物体，从本实验来看，能与其产生相互作用并导致它运动的只能是气球内原来的气体.当松开后。球内的气体要从球口冲出，从而与气球产生了相互作用的内力,致使气球受到冲量的作用而反向运动。

3.对气球和气体所组成的系统，在发生相互作用时，受到了重力、空气浮力、空气阻力的作用，严格来说这些力的合力并不为零. 4.根据动量守恒定律成立的条件“当内力远远大于外力时，系统动量守恒”可知，对气球和气体所组成的系统动量是守恒的． 请同学在上面学习的基础上加以讨论后,回答下列问题：

1.请根据动量守恒定律的不同表达形式，书写出上述实验过程中存在的守恒方程． 2.请根据上述方程讨论气球获得的速度大小与哪些因素有关． 学生经讨论后，得出上述问题的结论：

1.根据动量守恒定律可知，相互作用前后系统的总动量不变．设气球的质量为m1,球内气体质量为m2，气体冲离气球的速度为v2，气球获得的速度为v1，则有：

p00 pm1v1m2v2

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即：0 = m1v1m2v2

从动量守恒定律可知，相互作用的两物体动量的变化大小相等、方向相反．

故：p1m1v10 p2m2v20

即：m1v1-0 = - (m2v2-0) 从动量守恒定律还可知，相互作用的系统其总动量的变化是零．

p00 pm1v1m2v2

即：（m1v1m2v2）-0 = 0 2.从上述任一表达式中可得：v1m2m1v2 由表达式可知：①气球获得的速度v1与球内气体与气球的质量比有关，比值越大，气球获得的速度越大。

②与气球内气体冲出的速度大小有关，气体的冲速越大，气球获得的速度越大．

教师总结

[录像播放] 片断一：用“小白龙”灌溉庄稼．

片断二：喷气式飞机的飞行．

片断三：射击时枪筒的后退．

从以上的实验及生活中实例可知：

某物体向某一方向高速喷出大量的气体、液体或弹出一小物体后，该物体会获得一反向的速度.这种现象叫反冲运动． (二)火箭

基础知识

请同学们阅读课文第二部分，回答下列问题：

1.我国是在什么时候开始发明了火箭的? 2.现代火箭与古代火箭有何区别? 3.火箭飞行时能获得的最大速度与哪些因素有关? 4.如何增大火箭所能达到的最大速度? 5.火箭的主要作用是什么? 学生阅读课文后回答上面问题：

1.我国最早在宋代已经发明了火箭．

2.现代火箭与古代火箭在原理上是相同的，都是运用反冲原理，但在结构上要比古代火箭更先进、更复杂．

3.火箭飞行所能取得的最大速度取决于两个条件：

①气体喷出的速度大小. ②火箭壳体的质量与燃料的质量比. 4.为了提高火箭的飞行速度．必从上面两方面去考虑：一是提高喷气速度；一是

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减小壳体与燃料的质量比．

要提高喷气速度，就要使用高质量的燃料，目前常用的液体燃料是液氢，用液氧 做氧化剂。目前的技术条件下，火箭的质量比在6-10 左右，要发射人造卫星，用一级火箭还不能达到所需的速度，必须用多级火箭。 5.火箭的主要用途是作为运载工具使用,例如发射卫星、发射导弹、发送飞船等. 深入探究 请同学们在前面学习的基础上加以讨论下面问题：

为什么多级火箭在发射过程中要将空壳抛掉?试从理论上加以说明. 学生讨论后得出结论：

火箭在飞行过程中抛掉空壳后,可以改变火箭的质量比,进而提高火箭最终所能获得的速度.由于火箭的发射原理和反冲原理一样,都遵循动量守恒定律,故有：mv=(M-m)v′

即：v=(Mm1) v′

其中M为火箭的总质量． m为燃料燃尽后的质量．

v′为气体喷出的速度． v为火箭最终速度．

从上式可知,当抛掉空壳后可以使m变得更小,从而使得(Mm1)的值增大，提高了火箭的最终速度. 中国的“东方红”1号卫星。这是中国自行研制和发射的第一颗人造卫 星。1970年4月24日夜在甘肃酒泉的卫星发射中心，“长征”1号火箭成 功地将它送入了预定轨道。

“长征”2号E型火箭是以两级液体火箭为芯级，周围捆绑4枚长液体助推火的大型运载火箭。可将8.8吨有效载荷送入200—400千米圆轨道，再加一个第三级火箭，还可把2.5—4吨重的有效载荷送入35786千米的地球同步轨道。它适合于发射低高度、圆轨道卫星，如果再配置液氢—液氢推进剂上面级，构成 长征-2E/HD号，其发射能力和技术水平与“阿丽亚娜”火箭相当。

1994年11月30日，中国的“长征”3号甲火箭又把中国新一代的通信卫星“东方红”3号发射升空。“长征”3号甲不仅适用于各种大、小卫星发射的需要，而且其发展潜力很大。中国正在用它作芯级，并利用中国已经成熟的捆绑技术，发展“长征”3号乙、“长征”3号丙火箭，由此形成并利用中国运载能力最大的火箭群体，其中“长征”3号丙火箭的地球同步转移轨道运载能力可达到4.8吨。

目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和 以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的“能源”号，它长60米，底部 最大直径20米，重3000多吨，能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多的上亿美元。 不能重复使用，资源浪费大。

简介

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西昌卫星发射中心（XSLC）隶属于中国卫星发射测控中心（CLTC），主要用于发射地球同步转移轨道（GTO）卫星。XSLC位于中国西南部的四川省西昌地区，其总部设在距发射场65公里的西昌市内。

还可发射太阳同步轨道卫星和低轨道卫星，目前可以发射长征二号E、长征三号、长征三号甲、长征三号乙等四种我国自行研制的运载火箭。 火炮被称为“战争之神”。自行火炮起源于第二次世界大战的“法西斯德国”，当时德国陆军将一种淘汰的坦克底盘装上大口径榴弹炮装备炮兵，当时它的名称是：突击炮。

自行火炮为什么要装在履带式的车辆上呢？

履带表面有较深的突起抓地钩型设计？

摩擦系数较大，止退。

止退犁，看到了吗？止退犁上又有两个液压缓冲器。这一切都是为了提高火炮的连射时的命中精度而精心设计的。

同学们是不是在电影里看到，火炮在发射时炮管一缩一伸的运动？有的人称之为： 缩头炮。为什么炮管要做这样的运动呢？

我们知道：根据中学物理中的动量守恒定律，火炮在发射炮弹时，炮身将存在向炮弹发射方向相反的方向运动的趋势。如果我们将炮身固定住，当然有利于连发的命中精度，但是巨大的反冲作用就全靠炮身的材料硬度抵消了。 这样的结果是火炮的寿命大大减少，这显然是不合理的设计。因此只有设计一 种装置，它可以先允许炮身做反冲运动，并把这种运动能量储存为弹性势能，等 反冲运动结束时，再利用储存的那部分能量使炮身复位，这就是火炮缓冲器的 作用。 火炮中的物理学还多着呐！ 弹道学、弹头引信解锁原理、光学瞄准仪、雷达炮瞄等等。

同学们，一门火炮中的物理现象和解决问题的思路是不是说明学好物理是多么的重要啊！

反击式水轮机是靠水流的反冲作用旋转的 反击式水轮机是大型水力发电站应用最广泛的水轮机。它是靠水流的反冲作用旋转的。我国早在70年代就能生产转轮直径5.5米，质量110吨，最大功率达30万千瓦的反击式水轮机。 教师总结

火箭技术发展的快慢,对航天技术的发展起着举足轻重的作用,而航天技术的发展又影响着人类征服宇宙的进程,所以世界各国从很早就开始了对火箭的研究,我国也于1970年成功地发射了第一颗人造卫星.尤其在近几年,火箭技术得到了突飞猛进的发展,在2003年我国成功发射了第一颗载人航天飞船，这标志着我国的航天技术已处于世界领先地位；这也是每一位炎黄子孙引以自豪的辉煌一页． 基础知识应用

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总质量为M的火箭竖直向上发射，每次喷出气体的质量为m，速度均为v，则：

(1)喷出1次气体后，火箭获得的速度的大小是 ___________．

(2)喷出两次气体后，火箭获得的速度的大小是____________ ．

(3)若1 s内火箭喷出n次气体.那么1s末火箭的速度是__________ . [参考答案] (1)Mm (2)M2m (3)Mnm

三、小结

通过本节学习，我们知道了：

(1)反冲运动的理论基础是动量守恒定律. (2)火箭的理论基础也是动量守恒定律. (3)提高火箭最终速度的两条途径. (4)反冲运动在生活中的应用. 四、作业

1.完成对课本的复习任务．

2.利用课余时间设计反冲运动实验。以提高自己的动手能力．

3.查阅有关火箭及航天技术方面的课外资料．以拓宽自己的知识面．

4.书面作业．完成下面思考题：

[投影片出示] 课堂练习: 1、一挺机枪,子弹的出膛速度为1000m/s，子弹的质量为50g.若此枪每分钟连续发射240发子弹,射手需要用多大的力抵住机枪。 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的速度为1000m/s，设火箭质量M=300 kg。发动机每秒喷发20次．求：

(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大? (2)运动第ls末，火箭的速度多大?

mv2mvnmv

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