2019-2020学年高中物理第16章动量守恒定律第5节反冲运动火箭课件 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第16章动量守恒定律第5节反冲运动火箭课件 人教版选修3-5

第5节　反冲运动　火箭 [学习目标] 1.了解反冲运动及反冲运动的典型事例 ．　2.能够应用动量守恒定律分析反冲运动问题．　3. 了解火箭的飞行原理及决定火箭最终速度大小的因素． 1．定义 一个静止的物体在________的作用下分裂为两部分， 一部分向某一个方向运动，另一部分必然向________方 向运动的现象． 要点一　反冲 内力　 课前教材预案 相反　 2．特点 (1)物体的不同部分在________作用下向相反方向运 动． (2)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用 ________________来处理． 内力　 动量守恒定律　 3．反冲现象的应用和防止 (1)应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从 喷口喷出时，一边喷水一边________． (2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击 的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减 少反冲的影响． 旋转　 1．工作原理：是利用________运动，火箭燃料燃 烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出，使火箭获 得巨大速度． 2．构造：主要有两大部分：箭体和燃料． 3．特点：箭体和喷出的燃料气体满足________ _______定律． 反冲　 要点二　火箭 动量　 守恒　 4．影响火箭获得速度大小的因素 (1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 000 m/s～4 000 m/s； (2)质量比：火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭 体____________.喷气速度________，质量比________， 火箭获得的速度越大． 质量之比　 越大　 越大　 问题与思考 1．判断下列说法的正误 (1)反冲运动可以用动量守恒定律来处理(　　) (2)一切反冲现象都是有益的(　　) (3)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理(　　) 答案　(1)反冲运动中，相互作用的内力远大于外力， 动量近似守恒，可以用动量守恒定律解决问题，(1)正确 ． (2)反冲运动有利有弊，如枪、炮在射击时产生的反 冲运动对射击的准确性有影响，是有害的，应加以防止， (2)错误． (3)章鱼、乌贼先把水吸入体腔，然后用力压水，通 过身体前面的孔将水喷出，使身体很快的运动，这是靠 反冲作用运动的，(3)正确． 2．假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机 还是螺旋桨飞机呢？ 答案　应配置喷气式飞机．喷气式飞机利用反冲运 动原理，可以在真空中飞行，而螺旋桨飞机是靠转动的 螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行 ． 课堂深度拓展 考点一　反冲运动 1．反冲运动的特点 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动． (2)反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于 外力，所以可以用动量守恒定律来处理． (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能， 所以系统的总动能增加． 2．反冲运动的公式 若系统的初始动量为零，则动量守恒定律形式变为 0＝m1v1＋m2v2． 此式表明，做反冲运动的两部分，它们的动量大小 相等，方向相反，而它们的速度大小则与质量成反比． (1)反冲运动过程中系统虽然受到外力作用，但内力 远远大于外力，外力可以忽略，可以用动量守恒定律分 析解决问题． (2)反冲运动过程中系统虽然所受外力之和不为零， 系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或 外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方 向上的分量保持不变，可以用该方向上动量守恒来分析 解决． 讨论反冲运动应注意的问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的物体，抛出具有 一定速度的一部分物体后，剩余部分向抛出物体速度的 反方向运动．如果原来物体是运动的，抛出部分的速度 与原来反向时，剩余部分加速；抛出部分的速度与原来 同向时，剩余部分减速、静止、反向都是有可能的． (2)速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的 速度是相互作用的两物体的相对速度．但是动量守恒定 律中要求速度是对同一参考系的速度(通常为对地的速 度)，因此应先将相对速度转换成对地的速度，再列动 量守恒定律方程． 【例题1】　一个静止的质量为M的不稳定原子核， 放射出一个质量为m的粒子，粒子离开原子核时相对原 子 核 的 速 度 为 v0， 则 原 子 核 剩 余 部 分 的 速 率 等 于 __________． 解析　由于放射过程极短，放射过程中其他外力的 冲量均可不计，整个原子核系统动量守恒．设剩余部分 对地的反冲速率为v′，则粒子的对地速率为v＝v0－v′.由 于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部 分的动量大小， 【变式1】　如图所示，是一种弹射器，总质量为 M，其中弹丸的质量为m，弹射器中的弹簧处于压缩状 态，系统静止在光滑水平面上．放开弹簧，弹丸以速度 v(相对地面)向左飞出，下列说法正确的是(　　) 答案　C　 分析火箭类问题应注意的事项 (1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身 的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在 同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象． 注意反冲前、后各物体质量的变化． 考点二　火箭的工作原理 (2)明确两部分物体初、末状态速度的参考系是否是 同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一 般情况要转换成对地面的速度． (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向．反冲物 体速度的方向与原物体的运动方向是相反的． 在解决多级火箭或多过程的反冲运动问题时，常用 以下两种方法： (1)从特殊到一般的归纳推理，这种方法在解决重复 性运动过程的问题时非常有效． (2)以喷出的气体整体作为研究对象，利用动量守恒 定律求解是一种常用的巧解方法． 【例题2】　一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g 的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1 000 m/s(相 对地面)．设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒钟喷气20 次． (1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？ (2)运动第1 s末，火箭的速度多大？ 答案　(1)2 m/s　(2)13.5 m/s 答案　D　 “人船模型”问题的特征：两个原来静止的物体发 生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒 ．在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之 比等于质量的反比，这样的问题归为“人船模型”问题 ． 考点三　“人船模型”问题 处理“人船模型”问题的方法 (1)利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两 物体通过的位移的关系． 用动量守恒定律求位移的题目，大都是系统原来处 于静止状态，然后系统内物体相互作用，此时动量守恒 表达式经常写成m1v1－m2v2＝0的形式，式中v1、v2是 m1、m2某状态时的瞬时速率． (2)解题时要画出各物体的位移关系草图，找出它们 各自相对地面位移的关系． “人船模型”问题的注意点 (1)“人船模型”问题中，两物体的运动特点是：“ 人”走“船”行，“人”停“船”停． (2)问题中的“船长”通常理解为“人”相对“船” 的位移，而在求解过程中应讨论的是“人”及“船”相 对地的位移，即相对于同一参考系的位移． 【例题3】　如图所示，长为l， 质量为M的小船停在静水中，一个质 量为m的人站在船头，若不计水的阻 力，在人从船头走到船尾的过程中， 船和人相对地面的位移分别是多少？ 解析　选人和船组成的系统为研究对象，由于人从 船头走到船尾的过程中，系统在水平方向不受外力作用， 所以水平方向动量守恒，人起步前系统的总动量为零， 当人起步加速前进时，船同时加速运动；当人匀速前进 时，船同时匀速运动； 【变式3】 (多选)质量为m的人在质量为M的小车上 从左端走到右端，如图所示，当车与地面摩擦不计时， 那么(　　) A．人在车上行走，若人相对车突然停止，则车也 突然停止 B．人在车上行走的平均速度越大，则车在地面上 移动的距离也越大 C．人在车上行走的平均速度越小，则车在地面上 移动的距离就越大 D．不管人以什么样的平均速度行走，车在地面上 移动的距离相同 答案　AD　 1．下列不属于反冲运动的是(　　) A．喷气式飞机的运动　　 B．直升飞机的运动 C．火箭的运动 D．反击式水轮机的运动 答案　B　 课末随堂演练 解析　反冲现象是一个物体分裂成两部分，两部分 朝相反的方向运动，直升飞机不是反冲现象，故选项B 正确． 2．一辆小车置于光滑水平面上，车左端固定一水 平弹簧枪，右端装一网兜．若从弹簧枪中发射一粒弹丸， 恰好落在网兜内，结果小车将(空气阻力不计)(　　) A．向左移动一段距离停下 B．在原位置没动 C．向右移动一段距离停下 D．一直向左移动 答案　A　 解析　本题属于“人船模型”，弹丸相当于“人” ，车上固定的弹簧枪相当于“船”，发射弹丸后，车向 左运动，弹丸落入网兜的同时车停止，选项A正确． 3．穿着溜冰鞋的人，站在光滑的冰面上，沿水平 方向举枪射击．设第一次射出子弹后，人后退的速度为 v，则(　　) A．无论射出多少颗子弹，人后退的速度为v保持不 变 B．射出n颗子弹后，人后退的速度为nv C．射出n颗子弹后，人后退的速度大于nv D．射出n颗子弹后，人后退的速度小于nv 答案　C　 4．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共 同静止在距地面为h的高空中．现从气球上放下一根质 量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软 绳至少有多长？ 解析　热气球和人原来静止在空中，说明系统所受 合外力为零，故系统在人下滑过程中动量守恒，人着地 时软绳至少应接触地面，设软绳长为L，人沿软绳滑至 地面人的位移为x人，热气球的位移为x球，由动量守恒定 律有 5．在太空中有一枚相对于太空站静止的质量为M 的火箭，突然喷出质量为m的气体，喷出的速度为v0(相 对于太空站)，紧接着再喷出质量也为m的另一部分气体， 此后火箭获得的速度为v(相对太空站)，火箭第二次喷射 的气体的速度多大(相对于太空站)?