基于核心素養導向的高中物理教學

【教學內容】

人教版高二物理選擇性必修第一冊第一章第六節“反沖現象 火箭”。

【教材分析】

本節內容作為動量一章的最后一節，知識結構相對簡單，但從教材編排角度來看，本節承擔著章節知識總結和復習的性質，尤其是對動量守恒定律知識的復習和運用。在教材內容上，通過生產生活中的現象引出反沖運動，通過實驗加深學生對反沖現象的認識和理解，最后通過火箭的探究呈現物理、生活、科技的密切相關性。

【學情分析】

高二年級的學生已經具備一定的分析能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，在以前的物理學習中，也掌握了基本的實驗操作能力。學生在本章節前部分的學習過程中，對動量、沖量、動量定理及動量守恒定律的基本知識有所掌握，并具備運用這些知識解決一些物理問題的能力。但學生尚未有將知識應用于實踐的經驗，涉及具體的問題時，往往會出現無從下手、沒有思路的現象。

【教學目標】

一、物理觀念

1.知道什么是反沖現象并能做出準確描述。

2.能結合自身已有經驗舉出反沖現象的實例。

3.明白反沖運動需要遵循的物理規律，并利用規律完成反沖運動的相關問題。

4.了解火箭飛行的原理。

二、科學思維

通過觀察反沖現象，探究并歸納其中的共同規律，在此過程中，提升他們的觀察能力和問題發現能力。

三、科學探究

1.能運用動量守恒定理對生活中遇到的實際問題加以解釋或解決。

2.通過情境引導學生從現實生活中提出問題，并運用所學知識加以證明。

四、科學態度與責任

1.感受守恒定律對物理研究和物理問題解決的重要意義。

2.感知物理知識來源于生活，也將應用于生活的特點。

3.了解我國在航天事業上獲得的成就，增強對我國科技發展的自信心。

【教學重Uu+sNmgGAsMdaUNRcmqgLA==難點】

教學重點：

1.知道什么是反沖現象并能做出準確描述。

2.通過動量守恒完成對反沖運動實質的認識。

3.利用探尋到的規律解決反沖運動問題。

教學難點：能正確分析、運用動量守恒問題。

【導學案】

一、反沖

（一）閱讀教材，回答下列問題

1.嘗試教材中“做一做”的小實驗，觀察圖1.6-2，思考為什么氣球會向后退，細管為什么會旋轉起來。

2.它們的共同特征是什么？系統的初始狀態有何特點？

3.你還能舉出這樣的例子嗎？自主閱讀教材內容，嘗試用自己的語言對“反沖”進行表達。

（二）概念·規律

1.概念：發射炮彈時，炮彈從炮筒中飛出，以很大的速度向前運動，由于射擊前炮彈靜止在炮筒中，它們的總動量為0，根據動量守恒定律，射擊后炮身必將________運動。炮身的這種________運動叫作反沖。

2.生活中的反沖現象

應用：________、________、________。

二、火箭

1.工作原理：是利用 運動，火箭燃料燃燒產生的高溫、高壓燃氣從尾噴管迅速噴出時，使火箭獲得巨大的 ________。

2.影響火箭獲得速度大小的因素

火箭噴出的燃氣的速度v________，火箭噴出物質的質量與火箭本身質量之比________，火箭獲得的速度Δv就越大。

【教學過程】

一、復習舊知，引入課題

教師提問（點名作答）：

1.對動量守恒定律進行描述。

2.動量守恒的條件是什么？

3.動量守恒定律研究的對象是什么？

教師利用多媒體呈現烏賊、墨魚運動的視頻，引導學生閱讀教材中的問題部分，結合課前預習情況，對問題做解釋。

二、實驗探究，探析概念

［教師演示實驗］

實驗1：實驗中，我們將易拉罐側面下方開三個孔，然后將其懸掛起來，并將罐內注滿水。在注水后，觀察易拉罐噴水時的運動情況。

［學生分組實驗］

實驗2：將氣球吹起來，用小車上的夾子夾住氣球的通氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，觀察小車的運動。

教師演示實驗1后，給出要求，學生分組完成實驗。操作前，師生共同分析實驗現象，并在實驗中展開驗證。

實驗后教師提問：回顧生活中的現象，舉出其他和這個實驗類似的例子。

學生思考，舉手或點名發言。

教師追問：

1.剛才提到的現象之間存在哪些共同特點？

2.物體可以看作由哪兩部分組成？

3.這兩部分構成的系統所受到的外力是否近似為0？或者某一方向上的合力是否近似為0？

學生親自進行實驗操作，與同學探討后回答問題。教師適當補充，并引導學生明確反沖的概念。

教師提問：在我們的實驗中，觀察到的反沖現象揭示了哪些物理原理呢？

預設學生答案：動量守恒定律。

教師追問：你們還能根據生活經驗舉出其他反沖的例子嗎？詳細闡述。

學生結合導學案和課前預習思考，教師點名選擇2～3人完成作答。

教師總結并展示多媒體圖片或動畫：古代火箭、噴氣式飛機、章魚游泳、水上飛行器、自動噴灑裝置（視頻）。

教師延展追問：根據我們剛剛描述的現象以及展示的實例，大家思考反沖運動的特點是什么。

學生自由作答，教師補充引導，最終獲得反沖運動的三個特點。

教師引導學生再次閱讀教材文本，嘗試以辯證的視角分析反沖現象，思考如何在日常生活中發揮它的積極作用，同時避免可能帶來的不利影響。

［典例探究］

反沖小車靜止放置在水平光滑玻璃上，點燃酒精燈，水蒸氣使橡皮塞水平噴出，小車沿相反方向運動。如果小車的總質量M=3 kg，水平噴出的橡皮塞的質量m=0.1 kg。

（1）若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v=2.9 m/s，求小車的反沖速度。

（2）若橡皮塞噴出時速度大小不變，方向與水平方向成60°，小車的反沖速度又如何（小車一直在水平方向運動）？

［解析］

（1）0.1 m/s方向與橡皮塞運動的方向相反。

（2）0.05 m/s方向與橡皮塞運動的水平運動方向相反。

橡皮塞水平噴出時系統動量守恒且總動量為0，根據動量守恒定律得mv+（M-m）v′=0

根據動量守恒定律，系統在水平方向上的總動量在無外力作用的情況下保持不變。假設橡皮塞噴出時的速度大小不變為v，與水平方向成60°，則橡皮塞與小車構成的系統在水平方向上為動量守恒。以橡皮塞運動的水平運動方向為正方向，有mv cos60°+（M-m）v′=0。

三、重點精講，知識運用

［多媒體播放視頻］長征系列運載火箭發射升空的過程。

教師提問（面向全體學生）：

1.你知道火箭是怎么發射升空的嗎？

2.火箭升空時體現了什么原理？

教師提問：閱讀教材第26頁的火箭部分，嘗試總結古代火箭的特點？

學生閱讀教材內容回答問題。

（多媒體呈現教師制作的課前視頻）制作水火箭的微課視頻。

教師提問：老師制作的水火箭和古代火箭之間，存在哪些相同點？又有哪些不同點？

學生閱讀教材、觀察視頻后嘗試作答，教師引導學生完成“水火箭和古代火箭原理相同，都是利用反沖現象來工作的。但水火箭噴的是水，古代火箭噴的是火焰”的思考分析。

教師提問：閱讀教材第25頁中的“思考與討論”，在這個問題中，研究對象和參照物分別是什么？

學生閱讀教材作答，明確參照物是飛船，研究對象是人和小物體這個系統。系統本身處于靜止狀態，總動量為0，當人拋出小物體后，總動量依舊為0。

教師引導學生完成如下分析：

以飛船作為參照物，人與小物體為系統，假設小物體的運動方向為正方向，即人的質量為m，小物體的質量為Δm，拋出小物體的速度是u，人獲得速度是Δv。根據動量守恒定律Δmu-mΔv=0，可以解得Δv=。

［學生討論］若Δmu+mΔu=0，可以解得Δv=。

教師提問：火箭如何獲得巨大速度？與什么因素有關？

創設問題情境：設火箭在飛行時在極短時間Δt內噴射的燃氣質量為Δm，噴出的燃氣相對噴氣前火箭的速度是u，噴出燃氣后的火箭箭體質量為m，研究噴出燃氣后，火箭在這樣一次噴氣后增加的速度是多少。

［分析］以噴氣前的火箭為參照物，假設小物體運動方向為正方向，則有Δmu+mΔv=0，解得Δv=，獲取結論u、越大，則Δv越大。

［針對練習］

多選：下列哪些措施有利于增加噴氣式飛機的飛行速度。（ ）

A.使噴出的氣體速度增大

B.使噴出的氣體溫度更高

C.使噴出的氣體質量更大

D.使噴出的氣體密度更小

四、當堂檢測，鞏固所學

判斷正誤：

1.反沖運動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產生的效果。（ ）

2.只有系統和外力為0的反沖運動才能用動量守恒定律來分析。 （ ）

3.反沖運動的原理既適用于宏觀物體，又適用于微觀粒子。 （ ）

五、課堂小結，總結本課

教師可以利用多媒體呈現思維導圖，引導學生同步繪制，并能對照思維導圖對每個部分做出相應的解釋。

（作者單位：陜西省安康市旬陽第二中學）

編輯：趙文靜