“反沖運(yùn)動火箭”教學(xué)設(shè)計

◇ 廣東 梅昌容

1 教學(xué)內(nèi)容分析

1.1 新課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的要求

本節(jié)是人教版《選修3-5》中的內(nèi)容，知識實質(zhì)上講的是動量守恒定律在生活、生產(chǎn)、科技中的實際應(yīng)用，需要學(xué)生學(xué)會應(yīng)用動量守恒定律解決實際問題.

1.2 教材的地位和作用

反沖運(yùn)動在生產(chǎn)、生活乃至航天、國防、軍事中有著廣泛用途，也是新高考考查學(xué)生能力的出題點，本節(jié)既能鞏固和深化動量守恒定律，又與“科技興國”戰(zhàn)略相適應(yīng)，對培養(yǎng)學(xué)生的科技意識和學(xué)科素養(yǎng)起著重要作用.由此可見本節(jié)教學(xué)尤為重要.

1.3 教材的思路和特點

教材首先通過思考與討論章魚、烏賊游泳時應(yīng)用了什么物理原理引入新課，得到反沖運(yùn)動的定義.然后簡單列舉生產(chǎn)、生活中的反沖運(yùn)動現(xiàn)象，著重介紹我國火箭技術(shù)的發(fā)展，并用火箭噴射燃?xì)獾睦}研究反沖運(yùn)動遵循的規(guī)律，將反沖運(yùn)動生活化、實際化，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情.例題模型簡單，學(xué)生完全可以自學(xué).對火箭技術(shù)、航天技術(shù)介紹較簡單.

2 教學(xué)對象分析

2.1 學(xué)生的知識基礎(chǔ)

學(xué)生會用動量守恒定律對簡單問題進(jìn)行分析和處理，有能力自行解決教材上的例題，但對反沖運(yùn)動在生產(chǎn)、生活、科技中的實際應(yīng)用比較陌生，理論聯(lián)系實際的水平還比較欠缺.

2.2 學(xué)生的認(rèn)知特點

對應(yīng)用所學(xué)物理知識解釋生活中的物理現(xiàn)象充滿興趣，對我國火箭的發(fā)射、航天技術(shù)、軍事前沿知識充滿濃厚的興趣，對未知世界充滿好奇.

2.3 教材設(shè)計

教材上的內(nèi)容都比較簡單，學(xué)生可以自學(xué)完成.本節(jié)課借助小實驗讓學(xué)生直觀感受反沖，理解什么是反沖運(yùn)動，理解生活處處皆物理，并起到鞏固應(yīng)用動量守恒定律的作用.重點介紹火箭的工作原理，利用大量的視頻和圖片資料，用多媒體課件和“神舟”七號發(fā)射過程的實況錄像分析多級火箭的工作原理，加深學(xué)生對多級火箭的原理和發(fā)射過程的了解.結(jié)合灌溉噴水器、火箭、反擊式水輪機(jī)、導(dǎo)彈、榴彈炮等反映反沖現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，使我國科技、國防、軍事的發(fā)展得以展現(xiàn)，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解反沖運(yùn)動在航天技術(shù)和宇宙航行中的重要地位.讓學(xué)生在輕松的課堂氣氛中既鞏固了知識，又培養(yǎng)了科學(xué)探究精神、實踐能力、創(chuàng)新意識，同時激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).讓學(xué)生設(shè)計實驗，親身感受反沖運(yùn)動，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力.最后將課堂延伸到課外，自制“水火箭”并完成研究性學(xué)習(xí)報告，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度.

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識目標(biāo)

1)知道什么是反沖運(yùn)動，能舉出幾個反沖運(yùn)動的實例；

2)知道火箭的飛行原理和主要用途；

3)結(jié)合生產(chǎn)、生活中的例子，理解什么是反沖運(yùn)動，體會生活處處皆物理.

3.2 能力目標(biāo)

1)結(jié)合實際例子，經(jīng)歷實驗探究，知道什么是反沖運(yùn)動；

2)能結(jié)合動量守恒定律對反沖現(xiàn)象作出解釋；

3)進(jìn)一步提高應(yīng)用動量守恒定律分析和解決實際問題的能力.

3.3 德育目標(biāo)

1)通過實驗，分析得出什么是反沖運(yùn)動，培養(yǎng)學(xué)生善于從實驗中總結(jié)規(guī)律和熱心科學(xué)研究的興趣、勇于探索的品質(zhì)；

2)通過對我國火箭事業(yè)、航天技術(shù)和軍事實力發(fā)展的了解，激發(fā)學(xué)生的民族自尊心和自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國熱情.

4 教學(xué)重點、難點

重點：鞏固和深化動量守恒定律.

難點：應(yīng)用動量守恒定律分析、解決反沖運(yùn)動問題.

5 教學(xué)用具

教學(xué)用具包括氣球、紙杯、面粉、玩具小車、反沖塑料瓶、帶彎管的吸管、鋁箔紙、火柴和支架，反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的原理模型、“神舟”七號升空的視頻、空中閱兵的視頻、灌溉噴水器模擬視頻，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備等.

6 教學(xué)流程圖

本節(jié)課教學(xué)流程圖如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程圖

7 教學(xué)過程設(shè)計

7.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

【演示實驗1】放飛氣球

實驗裝置如圖2，將氣球和剪裁好的紙杯組裝好，氣球里面裝入少量面粉，以便觀察氣體的運(yùn)動軌跡，給氣球充足氣以后由靜止放飛.

在演示實驗過程中，教師給予學(xué)生有效的引導(dǎo)，讓學(xué)生有目的地觀察實驗現(xiàn)象.

教師提問：靜止的氣球放飛后，噴出的氣體向哪個方向運(yùn)動，氣球向哪個方向運(yùn)動?

學(xué)生：觀察實驗，思考并回答問題.

【演示實驗2】用氣球驅(qū)動小車

實驗裝置如圖3，一輛玩具小車、一個充滿氣的氣球和一根直通塑料管，用軟木塞塞住管口.

圖2 氣球和紙杯

圖3 氣球和小車

教師提問：拔出軟木塞，氣球向哪個方向噴氣?小車向哪個方向運(yùn)動?

學(xué)生：觀察實驗，思考并回答問題.

教師提問：這兩個實驗有什么共同之處? 實驗中，氣球、小車為什么會向后退呢?

教師引導(dǎo)學(xué)生概括上述實驗中氣球和小車的運(yùn)動方向與噴氣的方向相反.

歸納總結(jié)反沖運(yùn)動的定義：如果一個靜止的物體在內(nèi)力作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運(yùn)動，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動.這個現(xiàn)象叫作反沖.

教師板書課題：反沖運(yùn)動 火箭.

反沖運(yùn)動中的系統(tǒng)：把物體和從物體內(nèi)部噴射出的氣體、液體、小物塊的整體作為系統(tǒng).

【設(shè)計意圖】用簡單易行的演示實驗引入課題，人為制造一點“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，直入本節(jié)課的主題，同時培養(yǎng)學(xué)生善于從實驗中總結(jié)規(guī)律和熱心科學(xué)研究的興趣、勇于探索的品質(zhì)，以及觀察實驗、分析問題、探究和深入理解知識規(guī)律的能力.通過實驗讓學(xué)生明白什么是反沖，簡單明了，易于建構(gòu)知識.

7.2 分析理論，呈現(xiàn)知識

讓學(xué)生回顧剛才的實驗，列舉幾個反沖運(yùn)動的實例.分析討論反沖運(yùn)動的受力特點，總結(jié)出反沖運(yùn)動遵循的規(guī)律.

教師提問：列舉生活中你見到的反沖現(xiàn)象.

學(xué)生：討論、交流、思考并回答問題.

學(xué)生列舉：節(jié)日所放的禮花、文化廣場澆草坪的噴水器、水池中間的水柱噴水器、噴氣式飛機(jī)、火箭升空……

引導(dǎo)學(xué)生分析氣球、禮花、火箭等所做的反沖運(yùn)動，得到做反沖運(yùn)動物體的受力特點：做反沖運(yùn)動系統(tǒng)所受的合外力一般不為零，且存在內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的情況，可以認(rèn)為反沖運(yùn)動中系統(tǒng)動量守恒.

教師板書：反沖運(yùn)動的特點：內(nèi)力?外力.

反沖運(yùn)動遵循的規(guī)律：動量守恒定律.

【設(shè)計意圖】啟發(fā)學(xué)生思維，由淺入深，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生動腦思考，讓學(xué)生大膽說出自己的想法.培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和語言表達(dá)能力.

7.3 知識應(yīng)用，拓展提高

1)反沖的利用

a)灌溉噴水器.播放灌溉噴水器的視頻，教師引導(dǎo)學(xué)生觀看噴水的方向和旋轉(zhuǎn)方向有什么關(guān)系，思考為什么這個裝置會自動旋轉(zhuǎn)，有什么好處.

學(xué)生：觀察、思考、討論、回答問題.

b)火箭.播放火箭的發(fā)射視頻.教師指導(dǎo)學(xué)生觀看視頻、展示古代火箭和現(xiàn)代火箭的圖片，介紹火箭的基本構(gòu)造、工作原理和火箭的發(fā)展史.

提問：我國古代的火箭是怎樣的? 現(xiàn)代的火箭又是怎樣的? 現(xiàn)代火箭和古代“火箭”有什么相同和不同之處?

學(xué)生：觀察、思考、討論、匯報.

【設(shè)計意圖】通過教師的引導(dǎo)，使學(xué)生思維在觀察的過程中得到啟發(fā).了解火箭的構(gòu)造原理和發(fā)展史，拓展了學(xué)生的知識面，激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情.介紹現(xiàn)代的火箭(如圖4).現(xiàn)代火箭用來發(fā)射探測儀器，以及人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等空間飛行器.

圖4 現(xiàn)代火箭

教師提問：現(xiàn)代火箭為什么要采用多級結(jié)構(gòu)?

學(xué)生：觀察、思考、討論、感受，深化理解反沖知識.

多級火箭能及時把空殼拋掉，使火箭的總質(zhì)量減少，因而能夠達(dá)到很大的速度，可用來完成洲際導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等的發(fā)射工作，但火箭的級數(shù)不是越多越好，級數(shù)越多，構(gòu)造越復(fù)雜，工作的可靠性越差，目前多級火箭一般都是三級火箭.

播放“神舟”七號發(fā)射視頻.

教師提問：影響火箭飛行速度的主要因素是什么? 用什么辦法能提高火箭的終極速度?

學(xué)生：觀看視頻，感受激動人心的時刻，尋找視頻中的反沖現(xiàn)象.

利用多媒體展示題目，用例題來解決火箭終極速度問題.

火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為M、燃料燃盡后的質(zhì)量為m，火箭燃?xì)獾膰娚渌俣葹関，燃料燃盡后火箭的飛行速度v1為多大?

將燃料和火箭看成一個系統(tǒng)，以地面為參照物，在很短的時間內(nèi)，火箭速度的變化非常小，近似認(rèn)為噴氣的速度不變，由動量守恒定律可得(M－m)vmv1＝0，由此可知該時刻火箭的速度

影響火箭飛行速度的因素主要有兩個：一是噴氣速度，二是質(zhì)量比(即火箭開始飛行時的質(zhì)量與燃料燃盡時的質(zhì)量之比).

提高噴氣速度需要使用高質(zhì)量燃料.目前常用的液體燃料是液氫，用液氧作氧化劑.現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2.5km·s－1，提高到4～4.5km·s－1需很高的技術(shù)水平.目前的技術(shù)條件下，火箭的質(zhì)量比是6～10，要發(fā)射人造衛(wèi)星，用一級火箭不能達(dá)到所需速度，必須用多級火箭.

【設(shè)計意圖】通過介紹我國成功研制和發(fā)射長征系列火箭的實例，讓學(xué)生了解我國火箭的發(fā)明創(chuàng)造和不斷改進(jìn)發(fā)展的過程，知道我國的火箭技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情.并結(jié)合科技實際提出問題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用動量守恒知識解決實際問題的能力.

c)噴氣式飛機(jī).播放國慶閱兵視頻，給學(xué)生介紹噴氣式飛機(jī)，如圖5.引導(dǎo)學(xué)生利用反沖知識分析得出噴氣式飛機(jī)靠尾部噴出氣流的反沖作用而獲得很大的速度.

學(xué)生：觀看視頻，感受祖國的強(qiáng)大.

圖5 噴氣式飛機(jī)

【設(shè)計意圖】了解噴氣式飛機(jī)，激發(fā)學(xué)生對軍事、國防事業(yè)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情操.

d)反擊式水輪機(jī).

教師：講解反擊式水輪機(jī)的工作原理和作用.反擊式水輪機(jī)是大型水力發(fā)電站應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī).它是靠水流的反沖作用旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)水從反擊式水輪機(jī)的葉片流出時，轉(zhuǎn)軸由于水的反沖而旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電.我國早在20 世紀(jì)70 年代就能生產(chǎn)轉(zhuǎn)輪直徑5.5m、質(zhì)量110t、最大功率達(dá)3×105kW 的反擊式水輪機(jī).

圖6 反擊式水輪機(jī)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

學(xué)生：觀看視頻，深化理解反沖知識，明確水輪機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu).利用動量守恒的知識分析解決問題.

介紹舉世矚目的三峽工程，如圖7.長江三峽水利樞紐是多目標(biāo)開發(fā)的綜合利用工程，其防洪、發(fā)電、航運(yùn)三大主要效益，均居世界同類水利工程前列.三峽工程安裝32臺單機(jī)容量7×105kW 的水電機(jī)組，是當(dāng)今世界上容量最大、直徑最大、質(zhì)量最大的機(jī)組.三峽水電站將以500kV 交流輸電線向華中、川東供電，以600kV 直流向華東送電，供電區(qū)域包括湖北、河南、湖南、江西、上海、江蘇、浙江、安徽、廣東九省市.

圖7 三峽水電站

【設(shè)計意圖】理論聯(lián)系實際，深化知識.了解舉世矚目的三峽工程，讓學(xué)生在為祖國感到自豪的同時，樹立遠(yuǎn)大的理想和目標(biāo).

e)導(dǎo)彈.播放導(dǎo)彈視頻和圖片，介紹導(dǎo)彈.導(dǎo)彈是“導(dǎo)向性飛彈”的簡稱，是一種依靠制導(dǎo)系統(tǒng)來控制飛行軌跡的可以指定攻擊目標(biāo)、甚至追蹤目標(biāo)動向的無人駕駛武器.

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生了解我國的國防和軍事的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科技意識和科技素養(yǎng).

2)反沖的防止

a)引導(dǎo)學(xué)生思考：用步槍射擊時，我們要把槍身抵在肩部，這樣做的目的是什么?

用槍射擊時，子彈向前飛去槍身向后發(fā)生反沖，槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍時我們要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響.

b)中國新型自行榴彈炮.如圖8，榴彈炮口徑較大，殺傷威力大，并可打擊山背后的目標(biāo)，是地面炮兵的主要炮種.榴彈炮彈道較彎曲，彈丸的落角很大，接近沿豎直方向下落，因而彈片可均勻地射向四面八方.榴彈炮可以配用燃燒彈、榴彈、特種彈、殺傷子母彈、反坦克布雷彈、反坦克子母彈等.

教師提問：自行榴彈炮為什么要裝在履帶式的車輛上呢? 履帶表面有較深的突起抓地鉤型設(shè)計，還有止退犁，有什么用呢?

學(xué)生：觀看圖片，聽教師介紹，仔細(xì)觀察榴彈炮的裝置結(jié)構(gòu)，思考討論、回答問題.

圖8 自行榴彈炮

自行榴彈炮裝在履帶式的車輛上，履帶表面有較深的突起抓地鉤型設(shè)計，是為了增大動摩擦因數(shù)，在發(fā)射炮彈的時候阻止車向后退.止退犁上有兩個液壓緩沖器.這此都是為了提高火炮連射時的命中精度而精心設(shè)計的.

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生了解我國國防和軍事的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情.

教師和學(xué)生總結(jié)：通過對幾個實例的分析，明確了反沖既有有利的一面，同時也有不利的一面，我們要學(xué)會用一分為二的觀點看待事物.

7.4 動手實驗，理論實踐

學(xué)生分小組動手設(shè)計實驗.

實驗1：發(fā)射“小火箭”.

實驗材料：提供薄鋁箔、從火柴頭上刮下的藥粉、支架、火柴.

教師提問：怎樣利用現(xiàn)有材料制作一個“小火箭”? 怎樣發(fā)射你的“小火箭”?

實驗2：噴水瓶旋轉(zhuǎn)實驗.

實驗材料：提供礦泉水瓶1 個(底部已經(jīng)扎好6個孔)、帶彎管的吸管、細(xì)線、水.

教師提問：怎樣利用已有裝置使瓶子轉(zhuǎn)動起來?操作步驟如何? 你發(fā)現(xiàn)瓶子是怎樣動起來的? 為什么會這樣運(yùn)動?

教師：巡視指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗.

學(xué)生：分組利用所給器材動手設(shè)計實驗，并做實驗.匯報實驗結(jié)果，相互交流.分享成功的喜悅，反思失敗的原因.

【設(shè)計意圖】學(xué)生以思考、討論、動手等形式進(jìn)一步了解反沖運(yùn)動，進(jìn)一步理解反沖的內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生實驗動手能力和團(tuán)結(jié)合作精神.

7.5 知識應(yīng)用，課外延伸

1)開展“水火箭”科技小制作比賽.

2)完成科技小論文.

學(xué)生：搜集準(zhǔn)備制作“水火箭”的材料，制作“水火箭”.上網(wǎng)搜集材料，完成研究性學(xué)習(xí)報告.

教師：指導(dǎo)學(xué)生制作“水火箭”，指導(dǎo)學(xué)生搜集資料，指導(dǎo)學(xué)生完成研究性學(xué)習(xí)報告.

【設(shè)計意圖】將課堂延伸到課外，升華知識，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和科技創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

8 課堂小結(jié)

讓一個學(xué)生到黑板上總結(jié)，其他學(xué)生在筆記本上總結(jié)，結(jié)束后相互比較，互相評價.總結(jié)如下：

1)反沖運(yùn)動.

2)反沖運(yùn)動的受力特點：內(nèi)力?外力；遵循的規(guī)律：動量守恒定律.

3)反沖的應(yīng)用：火箭、反擊式水輪機(jī)、噴氣式飛機(jī)、導(dǎo)彈、自動灌溉噴水裝置.

4)反沖的防止：步槍射擊、榴彈炮.

【設(shè)計意圖】把握本節(jié)知識要點，總結(jié)規(guī)律和方法，構(gòu)建自己的知識框架，學(xué)會相互評價，取長補(bǔ)短.

9 教學(xué)反思

鑒于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過動量守恒定律及其應(yīng)用，同時能對簡單的模型進(jìn)行處理，并且教材上的內(nèi)容比較淺顯易懂，所以對教材內(nèi)容要求學(xué)生自學(xué)完成.筆者在設(shè)計本課時更注重反沖運(yùn)動在生產(chǎn)、生活、航天、軍事中的實際應(yīng)用.本節(jié)課通過演示實驗引入課題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，接著通過灌溉噴水器、火箭、反擊式水輪機(jī)、導(dǎo)彈、榴彈炮等反沖運(yùn)動典型實例的分析，讓學(xué)生掌握怎樣應(yīng)用動量守恒定律解決實際問題，將理論聯(lián)系生活實際.通過播放“神舟”七號升空的視頻、空中閱兵視頻等，讓學(xué)生了解我國科技、國防、軍事的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的民族自尊心和自豪感.讓學(xué)生設(shè)計實驗，親身感受反沖運(yùn)動，最后自制“水火箭”的環(huán)節(jié)將課堂延伸到課外，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力.層層遞進(jìn)的教學(xué)讓學(xué)生在輕松的課堂氣氛中既鞏固了知識，又培養(yǎng)了科學(xué)探究精神、實踐能力、創(chuàng)新意識，同時激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情，使學(xué)科核心素養(yǎng)得以充分體現(xiàn).

本節(jié)課在教學(xué)的指導(dǎo)思想上，始終堅持“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的原則，通過教師創(chuàng)設(shè)問題情境和有效的設(shè)問引導(dǎo)，讓學(xué)生親歷物理知識的構(gòu)建過程；在教學(xué)方法和手段上，綜合應(yīng)用實驗演示、提問、思考、討論等多種方法，并輔以多媒體手段，以實驗、視頻和圖片資料為主要媒介，貫穿以問題為主線的師生對話交流的過程；在學(xué)法指導(dǎo)上，讓學(xué)生嘗試自己觀察思考、描述實驗現(xiàn)象，分析概括，得出結(jié)論，使學(xué)生在獲取知識的過程中，領(lǐng)會物理學(xué)的研究方法，受到科學(xué)思維方法的訓(xùn)練以及物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，教學(xué)目標(biāo)得以達(dá)成.