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反冲运动 火箭  
   
   
   
   
   
   
   
   
 
 
反冲运动 火箭 ( 教学案例 )   刘利
 
 

一、 教材分析

  本节课是高中物理第八章动量的第五节,这节课是动量守恒定律的应用,对动量守恒定律的反馈。当物体一部分以一定的速度离开物体时,具有动量,由动量守恒定律可知,物体剩余部分将获得一个反向的冲量而向相反方向运动,这种向相反方向的运动,通常称为反冲运动。反冲运动的原理就是应用动量守恒定律,在实际中反冲有广泛的应用。例如:用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少反冲的影响。还有灌溉喷水器,喷气式飞机,火箭等,本节课主要介绍了火箭,火箭是反冲运动的重要应用。火箭靠喷出气体的反冲作用而获得巨大速度的,火箭的最大速度取决于两个条件:一是喷气速度、二是质量比(火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量比)。这节课重点是应用动量守恒定律,正确处理反冲运动及解释有关反冲的现象,难点是理解火箭的最大速度的决定条件。

  本节教学中主要让学生自己根据已经学过的知识分析反冲运动的应用,通过自己的探索,把学过的知识应用于实际,本节内容涉及到火箭的历史和我国航空航天业的发展,这正是学生感兴趣的内容,通过学生自己的探索,不但把学过的知识应用于实际还可以激发他们的创新精神。

二、 教学目标

  1 、 知识目标

  通过本节教学让学生知道反冲运动和火箭的原理,并且能应用反冲的原理解释有关反冲的实际问题,以及了解火箭的基本知识。

  2 、 能力目标

  通过本节教学培养学生的自我表达能力,培养学生的动手能力,培养学生研究问题分析问题和解决问题的能力,激发他们的创新精神。

  3 、 情感目标

  通过本节教学使学生了解科学研究的方法,知道研究问题需要不断的探索和实践,需要有严谨的科学态度。在制作过程中需要小组成员共同努力,体现了集体合作的精神。本节教学注重让学生理论联系实际,把所学的知识应用于实际,做到学有所用。这节课涉及火箭的发展历史和我国现代空间技术的现状,可以激发学生的爱国主义情怀。

三、设计思路

  反冲运动实际就是动量守恒定律的应用,这节课的安排主要是对动量守恒定律的反馈。因此,本着巩固和深化动量守恒定律,以及能够把所学过的知识应用于实际的思想,本节课我设计如下:  把全班同学分成八个小组,要求每一个小组在课下利用课余时间查阅资料了解火箭的发展及我国目前有关火箭方面的发展状况,并且制作一个简易的小火箭。课堂上让学生分小组展示他们的作品,按照理论阐述、现场演示、自我评价的程序进行展示。教师和其他小组的学生作为评委,让展示的学生现场答辩,教师和其他小组的学生可以向他们提问。最后教师对各小组进行评价。

  这节课以课内外相结合的形式,课下让学生进行科技制作,课上组织学生汇报交流,教师只是作为指导者,引导学生分析原理,指导学生在实际操作中应该考虑哪些问题,帮助学生完成作品的展示,因此,本节课中采用研究性的探究式教学,充分的体现学生的主体地位。教师改变原来的传授式教学方式,以观众的身份对学生提问, 在问题中把这节课的内容渗透给学生,以评委的身份对学生的成果进行评价并且提出改进方案。

四、教学准备

  首先,对全班的学生进行分组,每个小组自己制作一个小火箭,制作过程中要考虑到实际操作,要求火箭能够飞行。这一步要提前布置,给学生足够的时间去准备。

  其次,制作过程中需要的材料自己准备,需要有关火箭的知识自己查阅资料,遇到难题时可以找老师帮忙解决。

  最后,因为这节课需要比较开阔的场地,所以安排在操场上课。上课前和体育老师协调好,从安全的角度,要和上体育课的学生分开,避免冲突。利用课间的时间,让学生把自己的椅子搬到操场,分小组坐好,留出场地作为演示用。有条件的可以准备好音箱和话筒,以便使学生听得清楚。

五、教学过程

  第一步,检查作业

  检查各小组制作小火箭的完成情况。

  第二步,分小组展示 (教师以主持人的身份组织学生展示)

  展示的程序如下:

  1 、 原理阐述

  要求讲清楚根据什么原理进行制作的,即根据动量守恒定律,当物体的一部定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个反向冲量而向相反运动。

  阐述火箭的基本知识,要求说明火箭的发展历史,我国目前在航空航天技术方面的发展状况。

  说明自己制作的小火箭的飞行原理。以课本中的实验为例,当管内的火药粉被点燃时,生成的燃气以一定速度从细管尾端的细口迅速喷出,根据动量守恒定律可知,细管便向相反方向飞去。

  2 、 现场演示

  各小组派出代表演示制作的小火箭。

  3 、 自我评价

  小组成员分析制作的火箭的优点和缺点,以及如何解决实际操作中可能会出现的问题。以课本中的实验为例,它的优点是材料容易准备,制作简单方便,缺点是飞行时间短。实际操作中需要考虑细管的密封性以及尾端细口的大小,火药粉是否均匀,细管与支架间的摩擦等等。

  4 、 现场答辩

  教师和学生向演示的小组提问,以提问的方式分析他们制作的火箭的成功之处和失败的地方,并且向展示的小组提出改进方案。以课本中的实验为例,问题如下:

  理论依据是什么?如何应用?

  如何解决细管的密封?

  细管的质量对飞行是否有影响?理论上如何分析?

  细管的粗细有什么影响?

  尾端细口的大小有什么影响?等等。

  第三步,总结与评价

  教师在最后对这节课作出总结,让学生知道通过自己制作小火箭和对原理的阐述,本节课需要掌握的基础知识是反冲运动是在系统内力作用下产生的运动,在这种运动中系统的动量是守恒的,火箭是根据反冲运动的原理制成的。

  根据各小组的原理阐述评议学生对本节课的知识掌握情况,根据外观、做工的精细以及飞行的效果等评定各个小组的作品,评议出优秀的作品。

  第四步,布置作业 (以资料的形式发给学生)

  第一部分 知识要点

  1 . 反冲运动:当物体的一部分以一定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个反向冲量而向相反方向运动,这种向相反方向的运动,通常叫做反冲运动。

  2 . 反冲运动的特点:反冲运动一般是变质量的问题。在反冲现象里,系统的动量是守恒的。

  3 .火箭的原理:火箭是反冲运动的重要应用,火箭是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度的,火箭的最大速度取决于两个条件:一是喷气速度,二是质量比(火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量比)。

  4 .反冲运动的方程 :如果反冲运动发生前物体是静止的,则动量守恒定律可写成 m1v1 + m2v2 = 0 的形式。其中: m1 、 m2 分别为向两个方向运动的物体的质量, v1 、 v2 是相对应的速度,均指相对于地球的速度,其正负号是由选择的正方向决定。

  第二部分 作业

  1 .质量为 M 的原子核,原来处于静止状态,当它以速度 v 放出质量为 m 的粒子时(设 v 方向为正),求剩余部分的速度。

  2. 以 10m/s 的速度飞行的手榴弹炸成 600g 和 400g 的两块,大块仍沿原方向飞行,速度增为 50m/s ,求小块的飞行方向和速度大小。

  3. 一火箭喷气发动机每次喷出 m=0.2 kg 的气体,气体离开发动机喷出时速度是 v=100m/s ,设火箭质量 M=300 kg ,当第三次气体喷出后,火箭的速度是多大?

  六、评价方案

  根据以下几点对各个小组进行评定:

  1 、 制作火箭的完成情况

  2 、 小组成员的合作情况

  3 、 对火箭的飞行原理的阐述

  4 、 火箭的外观和做工是否精细,是否象真实的火箭

  5 、 火箭飞行的远近或者飞行的高度

  从两个方面评价各个小组。第一个方面,根据各小组对原理的阐述和分析,评价各个小组对本节知识的掌握和应用动量守恒定律解释有关反冲的应用。第二个方面,根据各个小组的实际操作情况,评价他们的理论应用和制作的小火箭的实用性。

关于《反冲运动 火箭》一节的设计

  这节课的内容可以看成是动量守恒定律的应用,结合教学大纲中要求的研究性学习 , 这节课设计成课内外相结合的形式,课下应用研究性学习的方法制作小火箭,课上汇报交流他们的制作成果。有些学生认为研究性学习没有用,只是为了完成任务,安排学生课下自己制作小火箭应用了研究性学习的方法,使学生学有所用,避免了研究性学习与教学脱节,让学生认识到研究性学习是学习的一部分。另外,根据教学新大纲的要求,教师应该改变原来的“一言堂”的传授式的教学方式,在教学中要充分体现学生的主体地位,学生在制作过程中既可以巩固了已经学过的动量守恒定律,也应用了动量守恒定律,课堂上进行汇报交流,体现了他们学习的过程和学习的成果,使学生真正成为学习的主体。教学中教师也要改变原来的学生学习的传授者的地位,成为学生学习的指导者,这样学生才能真正成为学习的主人,才能体会到学习的乐趣,在学习过程中充分发挥学生的主观能动性,激发学生的创新精神。大多数学生认为物理课枯燥无味,很单调,这样的设计改变了以往物理课的教学模式,改变了学生对物理课的看法,增强了物理课的趣味性,也增强了学生学习物理的兴趣。

  这节课是受到中央电视台教育科技频道的《异想天开》栏目的启发,做了如此的设计。把自己定位于主持人和评委的身份,在教学中引导学生进行作品展示,最后对学生的作品作出评价。在实际操作中应该注意以下几个问题:

  1 、要给学生充足的时间准备,否则会出现上课时有的小组不能完成,没有作品可以展示。

  2 、学生在制作小火箭时,教师要在理论上帮助和指导各个小组 , 引导学生应用研究性学习的方法查阅资料,为制作小火箭作好理论准备。

  3 、加强安全教育,有的小组用火药来制作,所以要对学生进行安全防火教育。还要注意在演示时,不要对着人群,特别是正在上体育课的学生,以免伤人。

  4 、要组织好自己班级的学生,不要让学生和上体育课的学生一起玩。

  5 、评价时要多鼓励学生,以免打击学生的积极性,并且提出改进方案,让学生进一步完善自己的作品和不断地创新。

  6 、要注意课时的安排,因为小组比较多,一节课的时间可能不够,可以安排两节课一起上。

 

 
     

 

 
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