《火箭的运动》教案_反冲运动火箭教案
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《火箭的运动》教案
《火箭的运动》教案
【教学目标】
一、知识与技能
了解动量守恒定律在现代高科技中的运用
二、过程与方法
1、通过观察示意图了解火箭内部结构
2、通过对火箭运动状态和受力情况的分析复习巩固动量守恒定律，并提高学生对公式运用的熟练程度以及发现问题的能力
3、在老师的讲解下了解现代航天技术
三、情感态度与价值观
通过对现代科技的了解，体会物理知识来源于生活、应用于生活的特点培养学生对前沿物理的探究精神，促进学生更深一步的物理研究学习
【教学内容】
一、教学的重点：（1）巩固和深化动量守恒定律
（2）知道火箭内部结构、运动原理
（3）了解航天技术
二、教学难点：（1）巩固和深化动量守恒定律
（2）知道火箭内部结构、运动原理
【教学过程】
一、引入新课
前面已经学习了动量、牛顿运动定理、动量守恒定律，那么它们在现代航天科技中又有怎样的体现呢？
二、教学过程设计
1、火箭的结构与主要部件
火箭是一种依靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力推动前进的飞行器。火箭的飞行原理是它借助了物体的反作用力，就像一只充足气体的气球，当我们把它从手中放开后，气球内的气体便顺着气球的气嘴喷出，同时气球向前冲去。因自身携带氧化剂，用不着像飞机那样依靠大气中的氧，所以火箭可以飞出大气层，在真空条件下飞行。
运载火箭是将人造卫星、宇宙飞船、空间站和宇宙探测器等航天器送入太空的运载工具，是人类一切航天活动的基础。它主要包括三大系统：动力系统、结构系统和控《火箭的运动》教案
制系统。动力系统即火箭发动机系统，是火箭的动力装置，堪称火箭的心脏。它依靠推进剂在燃烧室内燃烧，形成高温高压燃气，通过喷管高速排出后产生反作用力推动火箭前进。火箭发动机按使用推进剂的类别分为液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合式火箭发动机三种。结构系统通常称为箭体结构，它是火箭的躯体，用于连接火箭所有结构部段，使之成为一整体，具有良好的空气动力外形和飞行性能。控制系统是火箭的大脑和神经中枢。火箭发射后的级间分离、俯仰偏航、发动机关机与启动、轨道修正和星箭分离等一系列动作，都依靠控制系统完成。
2、火箭的升空原理
要使一个物体从静止开始运动，必须有力作用在物体上，并且作用一定时间T。在物理学上，力F和时间T的乘积FT叫做力的冲量。要使火箭发射，就必需有冲量作用在火箭上。这种冲量是通过燃气的爆炸而产生的。按照牛顿力学基本定律，两个相互作用的物体，其作用力与反作用力总是同时存在，它们的大小相等，方向相反。因此，任何一种移动，广义地说，都是反作用运动。
火箭发动机所达到的推力和速度远远超过了一般的推进方法。这种发动机不依赖周围介质条件，在空间环境也能工作，这一特点，保证了在不同飞行速度下，发动机产生的推力不受空气接受能力的影响，而是恒定的，这也使得火箭（发动机）所能达到的飞行速度比其它任何类型发动机要高得多；其次，由于是直接反作用运动，没有中间机构，在主要的喷射通道中不存在限制工作温度的运动机构，这就决定了火箭发动机的结构简单，而所产生的推力却很大。
火箭飞行所能达到的最大速度，也就是燃料燃尽时获得的最终速度，主要取决两个条件：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之比）。喷气速度越大，最终速度就越大，由于现代科学技术的条件下一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，所以发射卫星要用多级火箭。
3、我国运载火箭的发展
到目前为止我国共研制了12种不同类型的长征系列火箭，能发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道的卫星。
从1970年到2000年的30年间，我国发射长征系列火箭共计67次，成功61次，6次失败或部分失败，发射成功率为91%。在1994～1996年间曾一度几次发射失败，中国航天工业总公司经过一系列质量整顿后终于打了个翻身仗。自1996年10月到目
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前已连续25次发射成功，这在世界卫星发射界也是不多见的。我国相继研制了
长征一号(CZ-1)系列运载火箭
1970年4月24日，中国使用长征一号(LM-1)运载火箭发射了第一颗人造卫星东方红一号。长征一号是在 两级中远程导弹上再加一个第三级固体火箭所组成，火箭全长29.86m，起飞总重81.57t，起飞推力为1040kN。
长征二号(CZ-2)系列运载火箭 长征三号(CZ-3)系列运载火箭 长征四号(CZ-4)系列运载火箭
目前投入使用的是长征四号乙运载火箭是长 征火箭家族中用于发射各种太阳同步轨道和 极轨道应用卫星的主要运载工具。长征五 号(CZ-5)运载火箭“长征五号”运载火箭即将 进入初样研制阶段，这是对中国航天未来三 十至五十年发展具有重要意义和深远影响的 一大项目，目标是二〇一四年实现首次航天 飞行，长征五号将主要运载嫦娥卫星直接进 入月球。
右图为“长征三号丙”火箭结构示意图
4、火箭运动过程分析
设物体质量为m，速度为v，在某一和短时间内 俘获另一速度为u的微小质量dm，若不受外 力，则在此过程中动量守恒。用v+dv表示俘获 后物体运动的速度，则
(m+dm)(v+dv)=mv+udm 将等号左方展开并略去高阶无穷小，得
Mdv+vdm=udm 这两份方程式虽然是就俘获质量的情况写出，但对向外释放质量的火箭运动同样适用，只是俘获质量时dm为正；释放质量时dm为负。无论俘获还是释放，m和dm均代表“部分”而m+dm才代表“全体”，m和dm的动量为“局部”，m+dm具有的动量是“总体”。上式中，u是dm相对于地面的速度，即绝对速度，v为牵连速度，再用v表示dm相对于
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以速度v运动的火箭的相对速度，根据相对速度关系式，得
u=v+v 代入上式得
mdv=-v dm
建立图3.38所示的坐标系，并将上式投影，得 mdv=-v dm 或
dv=-v
v 叫“排气速度”。对于使用一定燃料的特定火箭，若火箭周围的大气压保持不变，则v 为一常量。设火箭刚起飞时其质量为m ,速度为零；设燃料燃烧完毕时火箭的质量为m，火箭最终得到的速度即末速度为v，则将上式积分：
得
【小结】
通过本节课，我们完成了以下内容：
（1）巩固和深化动量守恒定律
（2）知道火箭内部结构、运动原理
（3）简单了解航天技术
既对前面的学习内容进行了巩固，并为今后的学习打下基础。
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