九年級物理全冊第十章機械能內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化第五節(jié)火箭教案新版北師大版

Page5第十章機械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化第五節(jié)火箭一、教學背景分析本節(jié)是在學習了內(nèi)燃機的基本原理之后，為了進一步鞏固內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用而介紹的一個生活實例。火箭是熱機的一種，在現(xiàn)代科學技術(shù)中的運用越來越廣泛，本節(jié)主要介紹火箭的工作原理，在學生了解火箭是噴氣發(fā)動機的一種類型的同時，又使學生體會學習的內(nèi)容貼近自己的生活，更加相識到生活、社會與物理學的關(guān)系。本節(jié)課的教學對象是剛剛升入初三的學生，由于現(xiàn)代火箭科技涉及多個高精尖領(lǐng)域的學問，在這一節(jié)物理學科課堂里老師必需將這部分內(nèi)容難度降低，而中學物理中動量守恒定律的應(yīng)用就是反沖現(xiàn)象，火箭又是一個很好的素材，所以本節(jié)課的重點是讓初中生從多方面定性了解火箭的放射原理。由于在小學科學課里學生體驗過小火箭或水火箭的制作，初二時又學習過相互作用力的學問，所以這節(jié)課重在關(guān)注思維培育，嘗試讓學生從相互作用的角度理解反沖現(xiàn)象，在體驗?zāi)M火箭放射的過程中，思索火箭的放射速度與質(zhì)量、按壓氣筒速度等因素的關(guān)系問題，有利于促進學生物理學科核心素養(yǎng)的培育，促進學生的深度思維，為后面定量地學習動量守恒定律打下基礎(chǔ)，同時也能定性地得出火箭的放射速度與火箭的噴氣速度、噴氣質(zhì)量、火箭質(zhì)量有關(guān)的結(jié)論，使得一節(jié)看似科普學問講座的課變得實實在在，落地有聲。所以本節(jié)在落實學問與技能的同時，更加側(cè)重對學生物理思維的培育，從試驗現(xiàn)象入手，讓學生感受到物理好玩有用。二、教學目標1．通過演示試驗，從相互作用的角度理解反沖現(xiàn)象。了解火箭的工作原理，了解火箭屬于噴氣發(fā)動機。2．通過觀看火箭的結(jié)構(gòu)和放射方面的影視資料，了解現(xiàn)代火箭的構(gòu)造和特點，了解火箭升空的方法。了解多級火箭是星際航行的運載工具。3．通過探究火箭的放射速度與什么因素有關(guān)，培育學生視察、動手試驗的實力，進一步體會探討方法在科學探究中的重要作用；在經(jīng)驗完整的探究過程中，體會提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計試驗、分析與論證、評估與溝通各個環(huán)節(jié)的重要性。4．通過網(wǎng)上查詢有關(guān)我國“長征”系列火箭的相關(guān)資料，進行溝通與探討，駕馭搜集信息和整理信息的方法。5．通過對火箭學問的學習，激發(fā)學生對航天科技的酷愛，養(yǎng)成關(guān)切社會重大問題、關(guān)注科學技術(shù)新進展和新思想的良好習慣。進一步相識科學技術(shù)在相識自然中的重要作用。6．通過了解我國古代和現(xiàn)代在火箭探討方面取得的巨大成就，激發(fā)愛國熱忱和學習物理的愛好。三、教學重點和難點教學重點：1．從相互作用的角度理解反沖現(xiàn)象。了解火箭的工作原理。2．了解單級火箭的構(gòu)造和簡潔的工作過程。3．經(jīng)驗一個完整的探究過程，體會科學探究的方法。教學難點：1．火箭的放射原理。2．在探究活動的開展中，提升學生的物理學科核心素養(yǎng)?；鸺龑儆趹?yīng)用性的學問，火箭的學習對學生有著重要的現(xiàn)實意義，可以豐富學生對于內(nèi)能的應(yīng)用和能的轉(zhuǎn)化的相識，體會物理學問對經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展和生活有重要作用。本節(jié)的內(nèi)容學問要求不高，屬于了解層面，因此，可以采納觀看有關(guān)影像資料方式，也可以采納探討性學習的方式，先以小組為單位，收集整理有關(guān)火箭的過去、現(xiàn)在與將來發(fā)展的資料，組內(nèi)進行分工合作，然后在班內(nèi)匯報溝通，并對各組的匯報狀況進行評價；假如條件有限，老師可以打算具體的資料，向?qū)W生進行全面、簡潔的介紹。這樣有利于激發(fā)學生對航天技術(shù)的愛好，提升他們的物理學科核心素養(yǎng)。四、教學過程1.教學引入情境1：觀看視頻“學生自制水火箭放射”。過渡：我國是火箭的家鄉(xiāng)，早在一千多年前的北宋時期，士兵們就已經(jīng)獨創(chuàng)了火箭——板書課題“火箭”。問題：火箭為什么能升上天空呢？過渡：為了說明這個問題，我們先做幾個小試驗。引出：火箭放射原理的探討。2.“學問點”教學情境2：老師演示反沖運動的小船。實物投影：兩種反沖運動的小船，可選擇其中的一種演示。如選擇側(cè)面開口的小船，小船（空紙盒）與側(cè)面開一小口的礦泉水瓶（上面也開口）作為一個整體漂移在水面上?，F(xiàn)在將摻有紅墨汁的水灌入礦泉水瓶中，松開小口，小船起先運動。問題：誰給小船的推力？過渡1：小孔向后噴出水流，給小船向前的反作用力。過渡2：當一個物體向某一個方向射出(或拋出)它的一部分時,這個物體的剩余部分將向相反的方向運動，這就是反沖運動。引出：反沖運動并板書?！穹礇_運動體驗1：“氣球小車”的反沖運動。過渡：用氣球、小車組裝一個“氣球小車”，打氣筒給氣球打氣，利用反沖運動的原理，制作一個反沖小車，看看誰的小車先動起來。問題1：誰給氣球小車的推力？問題2：怎樣使氣球小車運動得更遠？過渡1：氣球內(nèi)噴出的氣體對小車的反作用力。過渡2：氣充得越足，小車獲得的反作用力越大，小車運動得就越遠。過渡3：生活中利用反沖運動的例子特殊多，像過節(jié)時燃放的煙花爆竹，火藥爆炸時的氣體向下噴出，爆竹就向上飛出；打槍時子彈向前射出的同時，槍身向后運動；甚至于打噴嚏時都是這樣的。氣球小車的試驗雖然簡潔，但是卻蘊含了火箭的工作原理。引出：火箭的放射原理。火箭的放射原理情境3：模擬火箭的放射。過渡：在礦泉水瓶中滴幾滴酒精，將一個槍式打火機伸入瓶中，用膠帶纏繞，使瓶口與打火機相連，并將瓶口密封。用熱毛巾捂熱瓶身，或者反復用手摩擦瓶身，使得礦泉水瓶中的酒精快速汽化。然后將瓶子對準前方的大紙盒，打開打火機，視察現(xiàn)象（在一個相對較暗的環(huán)境中效果更好，放射時伴隨有響聲，可以事先提示學生留意）。問題1：誰給水瓶的推力？問題2：整個過程中，能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？問題3：怎樣使水瓶運動得更遠？引入：酒精燃燒后高溫高壓氣體快速從瓶口噴出，產(chǎn)生極大的反作用推力推動瓶子向前運動。整個過程中酒精燃燒的化學能轉(zhuǎn)化為燃燒后氣體的內(nèi)能，氣體的內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為瓶身的機械能。過渡：瞬間的推力給水瓶的速度只能讓水瓶放射很近的距離（5m~8m），而運載火箭是要放射到太空，須要攜帶大量的燃料，以獲得很大的、連續(xù)的燃氣反作用推力，這就須要多級火箭。問題4：那么當火箭飛行到太空中時，沒有空氣助燃，如何保證燃料接著燃燒？閱讀：教材p.25并回答下列問題。噴氣發(fā)動機的工作原理是什么？噴氣發(fā)動機的燃料在燃燒室內(nèi)燃燒后，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，這種氣體從尾部以極高的速度噴出，同時產(chǎn)生很大的反作用力推動機身向前運動。噴氣發(fā)動機分為哪兩類？有什么區(qū)分？種類分類依據(jù)特點空氣噴氣發(fā)動機須要利用外界空氣助燃只攜帶燃料飛行高度受限制火箭噴氣發(fā)動機不須要利用外界空氣來助燃攜帶燃料和氧化劑飛行高度不受限制現(xiàn)代火箭的燃料和特點？功率巨大，可在大氣層以外飛行，多級火箭可以作為星際航行的運載工具。噴氣式發(fā)動機與內(nèi)燃機有什么相像之處？噴氣式發(fā)動機與內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)有什么不同？這樣的結(jié)構(gòu)有什么好處？從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，在工作過程中都是利用內(nèi)能來轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。噴氣發(fā)動機不須要內(nèi)燃機中的活塞、曲軸等傳動裝置，從而削減能量損失，大大提高機身的飛行速度。過渡：信任對于火箭大家還有一些懷疑，下面請對火箭非常愛好的同學為大家再進一步介紹一下相關(guān)內(nèi)容。介紹我國自主學問產(chǎn)權(quán)和較強國際競爭力的長征系列運載火箭；介紹火箭設(shè)計師龍樂豪院士。引出：探究活動——火箭模型的放射速度與哪些因素有關(guān)?！裉骄炕鸺Ｐ偷姆派渌俣扰c哪些因素有關(guān)體驗2：利用放射架和火箭模型，體驗火箭放射的過程。過渡：同學們在活動過程中思索以下幾個問題。（1）依據(jù)現(xiàn)有的器材，怎樣測量火箭模型的放射速度？（2）猜想影響火箭模型放射速度的因素有哪些。（3）用什么方法探討你的猜想？（4）選擇一個因素進行探究，并說出你的探究過程和推斷方法。過渡：請幾位同學對自己的探究過程和大家進行溝通。溝通過程也可以列表展示。學生1：探究的問題是火箭模型放射的速度與按壓氣筒的速度是否有關(guān)。我們猜想火箭模型放射的速度與模型的質(zhì)量、模型的形態(tài)、按壓氣筒的速度等有關(guān)，所以采納限制變量的方法，選擇同一火箭模型進行變量的限制。由于火箭模型的放射速度不好測量，所以將模型放射的速度轉(zhuǎn)化為模型上升的高度；在變更不同的按壓速度按壓氣筒上，干脆用手按壓不科學，利用自由釋放不同高度的同一重物，來變更按壓氣筒的速度。首先在某一高度h1自由釋放一鐵塊，測量模型上升的高度H1；然后在另一高度h2自由釋放同樣的鐵塊，測量模型上升的高度H2；若上升的高度H2≠H1，則說明火箭模型放射的速度與按壓氣筒的速度有關(guān)。學生2：探究的問題是火箭模型放射的速度與火箭模型的質(zhì)量是否有關(guān)。為了說明問題，采納對比試驗，在不變更火箭模型的形態(tài)前提下，在同一高度釋放相同重物來限制按壓氣筒的速度相同，利用增加不同質(zhì)量的橡皮泥來變更模型的質(zhì)量；通過測量模型上升的高度來轉(zhuǎn)化火箭模型放射的速度。請依據(jù)“用同一套裝置放射兩個質(zhì)量不同的火箭模型，放射高度不同”這一現(xiàn)象，提出一個可以探究的科學問題?！裾n外拓展：水火箭的制作與放射競賽3.小練習（1）下列有關(guān)火箭的敘述中正確的是（）A.燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，所以火箭是熱機的一種B.火箭升空時重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，所以飛行高度受到限制C.火箭本身帶有燃料和氧化劑，不須要依靠外界空氣助燃D.火箭是靠燃料燃燒產(chǎn)生的氣體的反沖力推動前進（2）某科技活動小組的同學利用可樂瓶等材料制作了一個水火箭，用自行車打氣筒向水火箭高壓倉內(nèi)打氣，壓縮氣體膨脹，推動水高速向后噴出，箭體由于反沖作用，向前飛去。在相同的環(huán)境中進行了試驗，小組的同學發(fā)覺火箭放射的高度并不相同，為了探究影響水火箭飛行高度的因素，做了多項探究試驗，其中包括：探究變更膠塞與可樂瓶的松緊程度對水火箭飛行高度的影響。

（1）小組同學提出的上述問題中，因變量是。（2）請你提出一個與小組同學因變量相同的可探究的科學問題：。五、教學反思本節(jié)內(nèi)容是在學生具備肯定感性學問基礎(chǔ)上的拓展和加深，為促進學生物理學科核心素養(yǎng)的形成，促進學生的思維深度而設(shè)計的。通過視察“小船的運動”“模擬水瓶火箭的放射”試驗的現(xiàn)象，親身體驗“氣球小車”活動，學生能夠定性地了解反沖運動的本質(zhì)，自發(fā)地得出“一個整體系統(tǒng)分成兩部分時，兩部分向相反方向運動”的結(jié)論。雖然不夠完善，但為中學學問的學習奠定基礎(chǔ)，為反沖概念的理解和建立反沖運動的模型供應(yīng)有力的感性材料