资源简介

火箭
一、教学背景分析
本节是在学习了内燃机的基本原理之后，为了进一步巩固内能的转化和应用而介绍的一个生活实例。火箭是热机的一种，在现代科学技术中的运用越来越广泛，本节主要介绍火箭的工作原理，在学生了解火箭是喷气发动机的一种类型的同时，又使学生体会学习的内容贴近自己的生活，更加认识到生活、社会与物理学的关系。
本节课的教学对象是刚刚升入初三的学生，由于现代火箭科技涉及多个高精尖领域的知识，在这一节物理学科课堂里教师必须将这部分内容难度降低，而高中物理中动量守恒定律的应用就是反冲现象，火箭又是一个很好的素材，所以本节课的重点是让初中生从多方面定性了解火箭的发射原理。由于在小学科学课里学生体验过小火箭或水火箭的制作，初二时又学习过相互作用力的知识，所以这节课重在关注思维培养，尝试让学生从相互作用的角度理解反冲现象，在体验模拟火箭发射的过程中，思考火箭的发射速度与质量、按压气筒速度等因素的关系问题，有利于促进学生物理学科核心素养的培养，促进学生的深度思维，为后面定量地学习动量守恒定律打下基础，同时也能定性地得出火箭的发射速度与火箭的喷气速度、喷气质量、火箭质量有关的结论，使得一节看似科普知识讲座的课变得实实在在，落地有声。所以本节在落实知识与技能的同时，更加侧重对学生物理思维的培养，从实验现象入手，让学生感受到物理有趣有用。
二、教学目标
1．通过演示实验，从相互作用的角度理解反冲现象。了解火箭的工作原理，了解火箭属于喷气发动机。
2．通过观看火箭的结构和发射方面的影视资料，了解现代火箭的构造和特点，了解火箭升空的方法。了解多级火箭是星际航行的运载工具。
3．通过探究火箭的发射速度与什么因素有关，培养学生观察、动手实验的能力，进一步体会研究方法在科学探究中的重要作用；在经历完整的探究过程中，体会提出问题、猜想与假设、设计实验、分析与论证、评估与交流各个环节的重要性。
4．通过网上查询有关我国“长征”系列火箭的相关资料，进行交流与讨论，掌握搜集信息和整理信息的方法。
5．通过对火箭知识的学习，激发学生对航天科技的热爱，养成关心社会重大问题、关注科学技术新进展和新思想的良好习惯。进一步认识科学技术在认识自然中的重要作用。
6．通过了解我国古代和现代在火箭研究方面取得的巨大成就，激发爱国热情和学习物理的兴趣。
三、教学重点和难点
教学重点：1．从相互作用的角度理解反冲现象。了解火箭的工作原理。
2．了解单级火箭的构造和简单的工作过程。
3．经历一个完整的探究过程，体会科学探究的方法。
教学难点：1．火箭的发射原理。
2．在探究活动的开展中，提升学生的物理学科核心素养。
火箭属于应用性的知识，火箭的学习对学生有着重要的现实意义，可以丰富学生对于内能的应用和能的转化的认识，体会物理知识对经济技术发展和生活有重要作用。本节的内容知识要求不高，属于了解层面，因此，可以采用观看有关影像资料方式，也可以采用研究性学习的方式，先以小组为单位，收集整理有关火箭的过去、现在与未来发展的资料，组内进行分工合作，然后在班内汇报交流，并对各组的汇报情况进行评价；如果条件有限，教师可以准备详细的资料，向学生进行全面、简单的介绍。这样有利于激发学生对航天技术的兴趣，提升他们的物理学科核心素养。
四、教学过程
1.教学引入
情境1：观看视频“学生自制水火箭发射”。
过渡：我国是火箭的故乡，早在一千多年前的北宋时期，士兵们就已经发明了火箭——板书课题“火箭”。
问题：火箭为什么能升上天空呢？
过渡：为了说明这个问题，我们先做几个小实验。
引出：火箭发射原理的讨论。
2.“知识点”教学
情境2：教师演示反冲运动的小船。
实物投影：两种反冲运动的小船，可选择其中的一种演示。如选择侧面开口的小船，小船（空纸盒）与侧面开一小口的矿泉水瓶（上面也开口）作为一个整体漂浮在水面上。现在将掺有红墨汁的水灌入矿泉水瓶中，松开小口，小船开始运动。
问题：谁给小船的推力？
过渡1：小孔向后喷出水流，给小船向前的反作用力。
过渡2：当一个物体向某一个方向射出(或抛出)它的一部分时,这个物体的剩余部分将向相反的方向运动，这就是反冲运动。
引出：反冲运动并板书。
●反冲运动
体验1：“气球小车”的反冲运动。
过渡：用气球、小车组装一个“气球小车”，打气筒给气球打气，利用反冲运动的原理，制作一个反冲小车，看看谁的小车先动起来。
问题1：谁给气球小车的推力？
问题2：怎样使气球小车运动得更远？
过渡1：气球内喷出的气体对小车的反作用力。
过渡2：气充得越足，小车获得的反作用力越大，小车运动得就越远。
过渡3：生活中利用反冲运动的例子特别多，像过节时燃放的烟花爆竹，火药爆炸时的气体向下喷出，爆竹就向上飞出；打枪时子弹向前射出的同时，枪身向后运动；甚至于打喷嚏时都是这样的。气球小车的实验虽然简单，但是却蕴含了火箭的工作原理。
引出：火箭的发射原理。
火箭的发射原理
情境3：模拟火箭的发射。
过渡：在矿泉水瓶中滴几滴酒精，将一个枪式打火机伸入瓶中，用胶带缠绕，使瓶口与打火机相连，并将瓶口密封。用热毛巾捂热瓶身，或者反复用手摩擦瓶身，使得矿泉水瓶中的酒精迅速汽化。然后将瓶子对准前方的大纸盒，打开打火机，观察现象（在一个相对较暗的环境中效果更好，发射时伴随有响声，可以事先提醒学生注意）。
问题1：谁给水瓶的推力？
问题2：整个过程中，能量是怎样转化的？
问题3：怎样使水瓶运动得更远？
引入：酒精燃烧后高温高压气体迅速从瓶口喷出，产生极大的反作用推力推动瓶子向前运动。整个过程中酒精燃烧的化学能转化为燃烧后气体的内能，气体的内能再转化为瓶身的机械能。
过渡：瞬间的推力给水瓶的速度只能让水瓶发射很近的距离（5m~8m），而运载火箭是要发射到太空，需要携带大量的燃料，以获得很大的、连续的燃气反作用推力，这就需要多级火箭。
问题4：那么当火箭飞行到太空中时，没有空气助燃，如何保证燃料继续燃烧？
阅读：教材p.25并回答下列问题。
喷气发动机的工作原理是什么？
喷气发动机的燃料在燃烧室内燃烧后，产生高温高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反作用力推动机身向前运动。
喷气发动机分为哪两类？有什么区别？
种类 分类依据 特点
空气喷气发动机 需要利用外界空气助燃 只携带燃料 飞行高度受限制
火箭喷气发动机 不需要利用外界空气来助燃 携带燃料和氧化剂 飞行高度不受限制
现代火箭的燃料和特点？
功率巨大，可在大气层以外飞行，多级火箭可以作为星际航行的运载工具。
喷气式发动机与内燃机有什么相似之处？
喷气式发动机与内燃机的结构有什么不同？这样的结构有什么好处？
从能量转化的角度来看，在工作过程中都是利用内能来转化为机械能的装置。喷气发动机不需要内燃机中的活塞、曲轴等传动装置，从而减少能量损失，大大提高机身的飞行速度。
过渡：相信对于火箭大家还有一些疑惑，下面请对火箭十分爱好的同学为大家再进一步介绍一下相关内容。介绍我国自主知识产权和较强国际竞争力的长征系列运载火箭；介绍火箭设计师龙乐豪院士。
引出：探究活动——火箭模型的发射速度与哪些因素有关。
●探究火箭模型的发射速度与哪些因素有关
体验2：利用发射架和火箭模型，体验火箭发射的过程。
过渡：同学们在活动过程中思考以下几个问题。
（1）根据现有的器材，怎样测量火箭模型的发射速度？
（2）猜想影响火箭模型发射速度的因素有哪些。
（3）用什么方法研究你的猜想？
（4）选择一个因素进行探究，并说出你的探究过程和判断方法。
过渡：请几位同学对自己的探究过程和大家进行交流。交流过程也可以列表展示。
学生1：探究的问题是火箭模型发射的速度与按压气筒的速度是否有关。我们猜想火箭模型发射的速度与模型的质量、模型的形状、按压气筒的速度等有关，所以采用控制变量的方法，选择同一火箭模型进行变量的控制。由于火箭模型的发射速度不好测量，所以将模型发射的速度转化为模型上升的高度；在改变不同的按压速度按压气筒上，直接用手按压不科学，利用自由释放不同高度的同一重物，来改变按压气筒的速度。首先在某一高度h1自由释放一铁块，测量模型上升的高度H1；然后在另一高度h2自由释放同样的铁块，测量模型上升的高度H2；若上升的高度H2≠H1，则说明火箭模型发射的速度与按压气筒的速度有关。
学生2：探究的问题是火箭模型发射的速度与火箭模型的质量是否有关。为了说明问题，采用对比实验，在不改变火箭模型的形状前提下，在同一高度释放相同重物来控制按压气筒的速度相同，利用增添不同质量的橡皮泥来改变模型的质量；通过测量模型上升的高度来转化火箭模型发射的速度。
请根据“用同一套装置发射两个质量不同的火箭模型，发射高度不同”这一现象，提出一个可以探究的科学问题。
●课外拓展：水火箭的制作与发射比赛
3.小练习
（1）下列有关火箭的叙述中正确的是 （ ）
A.燃料燃烧释放的内能转化为机械能，所以火箭是热机的一种
B.火箭升空时重力势能转化为动能，所以飞行高度受到限制
C.火箭本身带有燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气助燃
D.火箭是靠燃料燃烧产生的气体的反冲力推动前进
（2）某科技活动小组的同学利用可乐瓶等材料制作了一个水火箭，用自行车打气筒向水火箭高压仓内打气，压缩气体膨胀，推动水高速向后喷出，箭体由于反冲作用，向前飞去。在相同的环境中进行了实验，小组的同学发现火箭发射的高度并不相同，为了探究影响水火箭飞行高度的因素，做了多项探究实验，其中包括：探究改变胶塞与可乐瓶的松紧程度对水火箭飞行高度的影响。?
（1）小组同学提出的上述问题中，因变量是 。
（2）请你提出一个与小组同学因变量相同的可探究的科学问题： 。
五、教学反思
本节内容是在学生具备一定感性知识基础上的拓展和加深，为促进学生物理学科核心素养的形成，促进学生的思维深度而设计的。通过观察 “小船的运动”“模拟水瓶火箭的发射” 实验的现象，亲身体验 “气球小车”活动，学生能够定性地了解反冲运动的本质，自发地得出“一个整体系统分成两部分时，两部分向相反方向运动”的结论。虽然不够完善，但为高中知识的学习奠定基础，为反冲概念的理解和建立反冲运动的模型提供有力的感性材料。3个小实验都设置了相同的问题以引发学生的深度思考，使学生理解了火箭的发射原理及与前面学习的内燃机的区别，有学习的成就感。在阅读教材资料的基础上，简单了解我国自主知识产权和较强国际竞争力的长征系列运载火箭和火箭设计师的一些知识，激发学生的爱国情怀和学习动力。通过探究“火箭模型的发射速度与哪些因素有关”，培养学生的实验能力，这些都是落实核心素养的体现。教学设计中加入学生制作组装环节，比较自然地融入STEM元素，充分体现当前教育教学理念。
3

展开更多......

收起↑