人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭教案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭教案，共7页。
物理
课题
人教版高中物理选择性必修一 1.6 反冲现象 火箭
教学内容分析
本节课是在学生学习完动量守恒定律以后，将其应用在实际生活中的一种典型的物理现象。学生通过动手演示实验从中感受反冲现象，知道反冲现象的本质是系统动量守恒的具体应用，并且能够对反冲现象进行定量的运算，是本节课程的主要意义所在。
新旧教材对比：
①反冲现象的定义，在旧教材中有明确的理论定义。新教材中直接把发射炮弹时炮身的后退现象称之为反冲。这种改进，将总结的机会留给了学生，增强了学生的参与度和知识探索过程。
②现代火箭的喷气速度由旧教材的2000--4000m/s，改为新教材中的2000--5000m/s.体现了科学的进步和技术的提升。
③课后习题增加卫星与最后一节火箭分离情境的试题，考察了动量守恒定律的应用和宇宙航行知识的综合应用。
学情分析
学生通过本章的学习，已经掌握了动量、冲量、动量定理、动量守恒定律的相关知识，本节课是动量守恒定律在实际生活中的一种具体应用。生活中有大量的反冲现象的实例，可以结合生活中的情境展开教学，增强学生学习的兴趣感和成就感。本节课还要培养学生建模的能力、培养学生的运动与相互作用观和能量观，学生需要利用动量守恒定律对具体问题进行定性分析和定量计算，通过本章已学过的知识会解释生产生活中的实际问题。了解我国古代对于火箭的发明和我国的现代火箭技术已跨入世界的先进性，让学生认识到科技技术发展的重要性，激发学生爱国主义情感和民族自豪感。
教学目标
核心素养目标：
1.物理观念：理解反冲现象的本质，培养学生的运动与相互作用观和能量观；
2.科学思维：培养学生物理建模的思维，学会从多角度分析物理现象的科学思维，培养学生科学严谨的逻辑思维，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力
3.科学探究：通过情景使学生让学生从日常生活的情境中提出问题，运用所学知识进行科学证明
4.科学态度与责任：了解我国航天事业的巨大成就，增强对我国科学技术发展的自信，增强学生将科学服务于人类的社会责任感和使命感，激发学生爱国情怀
教学重难点
【教学重点】如何应用动量守恒定律分析、解决反冲运动。
【教学难点】动量守恒定律对反冲运动进行定量计算。
教学流程
本节教学内容难度不是很大，所以要注意理论联系实际，进行情景化教学。通过实验，让学生自主讨论总结规律，构建物理模型，进行理论分析，解决生活中实际问题。
实验现象
模型构建
规律探究
数学推导
实际应用
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课引入
【引入新课】观看章鱼游泳视频
思考：
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。
章鱼游动时体现了什么物理原理？
学生观看视频
培养学生归纳总结的能力，通过对生活中实际现象的观察，引发学生的思考
反冲现象
【动手实验】气球动力小车
将气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察小车的运动。
思考：当向前喷气的时候，为什么小车会往后运动？
引导学生从以下方面进行分析：
受力角度：被喷出的气体会给小车一个向后的作用力。
动量角度：
问题一：系统的初动量：初动量为0
问题二：系统动量是否守恒：在内力远大于外力时守恒
结论：气体向前喷出时，小车必然往后运动。
总结反冲现象的概念和特点
其中反冲现象中，系统的动能增加。
学生讨论
学生根据分析，总结反冲现象及其特点
结合学过的知识，让学生进行自主分析总结，从已经学过的受力角度分析，从动量的变化角度分析，得出反冲现象的概念和特点，加强知识的相互联系和应用能力，培养学生从多角度对物理现象进行分析的科学思维。
以气球小车模型为例，分析系统的动能变化，培养学生的能量观。
反冲运动的应用与防止
应用一：喷气式飞机
应用二：燃放的礼花
应用三：（可演示教材中的旋转实验或自制教具演示）灌溉喷水器
应用四：水上滑行
防止一：大炮发射
防止二：机枪射击
学生尝试分析生活中常见现象的原理
增强学生理论联系实际的能力，可以就燃放的礼花、大炮发射的模型，强化学生对动能增加的能量观认知。
火箭
教师介绍火箭发展的历史，简单介绍现代火箭原理
【物理建模】
假设火箭在地球表面由静止起飞时，在极短的时间内喷出燃气的质量为△m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度大小为u，喷出燃气后火箭的质量为m,我们设法计算火箭在这样一次喷气后增加的速度 △v？
【模型分析】得出火箭增加的速度为
教师同时需要强调动量守恒定律的使用条件。
【提出问题】卫星发射最小速度为7.9km/s，为如何能提升火箭的发射速度，解决卫星发射问题？
现代的火箭喷气速度通常在2000-5000m/s
增加质量比：一般小于10，否则火箭的强度会有问题。
【解决办法】：多级火箭
多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求．而且级数越多，结构越复杂，并难以控制。
学生分析，计算
学生讨论，得出结论
通过介绍火箭的发展历史，培养学生的热爱科学探索的核心素养
把实际情境，建构成理想化物理模型，把教材上的喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为u改为速度大小为u，强化学生在应用动量守恒定律注意速度方向的正负，强化矢量运算的思维，进行分析计算的同时，提高学生建构模型、分析问题和解决问题的能力。
培养学生解决问题的探索精神和全面考虑问题的科学思维逻辑。
【例题1】一火箭喷气发动机每次喷出质量 m = 200 g的气体，气体离开发动机喷出时对地速度 ʋ = 1000 m/s，设火箭质量 M = 300 kg，发动机每秒喷发 20 次。
⑴ 当第三次喷出气体后，火箭的速度为多大？
⑵ 运动第 1 秒末，火箭的速度为多大 ？
答案：（1）2m/s (2)13.5m/s
学生课上做题，展示并讲解分析过程和答案
强化学生知识的应用能力，规范学生解题步骤。
人船模型（选讲）
【情境探究】：两位同学在公园里划船,当小船离码头大约1.5 m左右时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳远的成绩从未低过2 m,跳到岸上绝对没有问题,于是她纵身一跃,结果却掉在水里,她为什么不能如她想的那样跳上岸呢?(不计水的阻力)
【人船模型建模】：如图，长为l ,质量为M的船停在静水中，一个质量为m的人（可视为质点）从静止开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各是多少？
总结人船模型特点：①人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；
速度比等于质量的反比；位移比等于质量的反比；
学生分析，提出猜想
构建物理模型，列出动量守恒表达式，利用微元思想解决变速情境下的人船模型问题，提出普遍规律。
以情境代入学生学习，引发学生的认知冲突，激发学生的探索欲望。
构建模型，进行分析、论证，并总结规律，强化微元思想的应用和理解。
【例题2】载人的气球原来静止在离地面高为 h 的空中，气球质量为 M，质量为 m 的人要沿气球上的绳梯安全着地，如图所示，则绳梯长度至少为多长？
答案：
学生自主做题，解决实际问题。
强化新学知识的应用。
知识拓展
我国航天成就
培养学生的爱国情怀和民族自豪感
教学反思与评价
本节课是动量守恒定律在生活中的一类特殊应用，课程难度不是特别大，但是与实际生活中的情境联系的尤为紧密。所以本节课的设计突出从实际生活中的情境进行带入，帮助学生构建理想化的物理模型，利用所构建的模型和理论知识来解决实际问题。所以本节课要充分发挥学生的主观能动性，让学生参与到课堂活动中来。
实验的器材：气球反冲小车，设计简单，容易组装，但是所应用的物理思想突出，适合课上学生进行动手实验，并且容易分析得出结论，培养了学生动手实验的能力。
在例题的练习中，通过学生的展示环节，强化学生对公式定理使用的严谨性，规范学生的解题步骤，培养学生的严密思考能力。
本节课的科学发展过程的教学，帮助学生了解火箭的“前世今生”，让学生了解我国先进的航空航天技术，培养学生的热爱祖国，热爱科学的核心素养。