高中物理课件------反冲运动--火箭

第十六章第5节新知预习·巧设计要点一要点二名师课堂·一点通创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升返回返回返回1.理解反冲运动的概念；了解反冲运动的典型事例。2.理解反冲运动的原理是动量守恒定律。3.了解火箭的工作原理；了解决定火箭能力大小的因素。4.会用动量守恒定律分析解决反冲运动问题。返回[读教材·填要点]1．反冲运动(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。(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。内力相反内力动量守恒定律返回(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，所以用步枪射击时要把枪身抵在，以减少反冲的影响。[关键一点]因反冲运动中动量守恒，故朝相反方向运动的两部分，质量大的运动速度小，用枪射击时肩部与枪身紧靠在一起，相当于增加了枪的质量，从而减小了枪的反冲速度。旋转准确性肩部返回2．火箭(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时，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。反冲动量守恒返回(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2000～4000m/s。②质量比：指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。[关键一点]因火箭、喷气式飞机是靠喷出气体与自身发生相互作用而运动的，不是靠与空气的作用，所以，它们可以在真空中飞行。质量之比越大越大返回[试身手·夯基础]1．下列属于反冲运动的是()A．喷气式飞机的运动B．直升机的运动C．火箭的运动D．反击式水轮机的运动解析：选项A、C、D中，三者都是自身的一部分向一方向运动，而剩余部分向反方向运动，而直升机是靠外界空气的反作用力作为动力，所以A、C、D对，B错。答案：ACD返回2．手持铁球的跳远运动员起跳后，欲提高跳远成绩，可在运动到最高点时，将手中的铁球()A．竖直向上抛出B．向前方抛出C．向后方抛出D．向左方抛出解析：欲提高跳远成绩，则应增大水平速度，即增大水平方向的动量，所以可将铁球向后抛出，人和铁球的总动量守恒，因为铁球的动量向后，所以人向前的动量增加，故选项C正确。答案：C返回3．运送人造卫星的火箭开始工作以后，火箭做加速运动的原因是()A．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B．火箭吸入空气，然后向后抛出，空气对火箭的反作用力推动火箭C．火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气体的反作用力推动火箭D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭返回解析：火箭中燃料燃烧产生的高温高压气体与火箭发生相互作用，气体喷出，火箭受到相反方向推力而加速运动，因此C项正确。答案：C返回4．静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量为Δm的高温气体后，火箭的速度为________。解析：由动量守恒定律得Δmv0＋(M－Δm)v＝0。火箭的速度为v＝－Δmv0M－Δm。答案：－Δmv0M－Δm返回5．人坐在船上，船静止在水面上，船及船上物体总质量为M，水平向东抛出一个质量为m的物体后，人、船向西运动。已知抛出的物体的动能为E0，求抛出物体后人与船的总动能。解析：由动量守恒定律有(M－m)v＝mv0＝p，又Ek＝p22M－m，E0＝p22m，可得Ek＝mM－mE0。答案：mM－mE0返回返回1．反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：①在反冲运动中，由于存在内力作用，根据牛顿运动定律可知，相互作用的物体获得加速度，速度同时发生变化，所以物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。②反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律处理。但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。返回(2)动量守恒定律在反冲运动中适用的情况：①系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。②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，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。③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，可以用该方向上的动量守恒解决反冲运动问题。返回2．讨论反冲运动应注意的问题(1)速度的反向性问题：对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。(2)相对速度问题：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。由于动量守恒定律中要求速度为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后，再列动量守恒定律方程。返回(3)变质量问题：常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。[名师点睛](1)内力的存在尽管不会影响系统的动量守恒，但内力做的功往往会改变系统的总动能。(2)反冲运动是作用力和反作用力都做正功的典型例子。返回1．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s(相对地面)。设火箭质量M＝300kg，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1s末，火箭的速度多大？[思路点拨]火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成系统的动量守恒，应用动量守恒定律时，可以对每次喷气依次应用，也可以整体应用。返回[解析]法一：(1)喷出气体运动方向与火箭运动方向相反，系统动量可认为守恒。第一次气体喷出后，火箭速度为v1。(M－m)v1－mv＝0所以v1＝mvM－m第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1所以v2＝2mvM－2m。第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2所以v3＝3mvM－3m＝3×0.2×1000300－3×0.2m/s≈2m/s。返回(2)依次类推，第n次气体喷出后，火箭速度为vn，有(M－nm)vn－mv＝[M－(n－1)m]vn－1所以vn＝nmvM－nm。因为每秒喷气20次，所以1s末火箭速度为v20＝20mvM－20m＝20×0.2×1000300－20×0.2m/s≈13.5m/s。返回法二：(1)整体选取研究对象，运用动量守恒定律求解。设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M－3m)v3－3mv＝0所以v3＝3mvM－3m≈2m/s，(2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象(M－20m)v20－20mv＝0所以v20＝20mvM－20m≈13.5m/s[答案](1)2m/s(2)13.5m/s返回(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。(2)明确两部分物体初、末状态的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。返回1．“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。返回2．处理“人船模型”问题的关键(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末状态时的瞬时速率。此种状态下动量守恒的过程中，任意时刻的系统总动量为零，因此任意时刻的瞬时速率v1和v2都与各物体的质量成反比，所以全过程的平均速度也与质量成反返回比，即有m1v1－m2v2＝0。如果两物体相互作用时间为t，在这段时间内两物体的位移大小分别为x1和x2，则有m1x1t－m2x2t＝0，即m1x1－m2x2＝0。(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。返回[名师点睛](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”通常应理解为“人”相对“船”的相对位移，而在求解过程中应讨论的是“人”及“船”的对地位移。返回2．有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右)。一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L。已知他自身的质量为m，则渔船的质量为多少？[思路点拨]人和船组成的系统满足动量守恒的条件，该同学有水平向左的位移，船有水平向右的位移，当人走到最左端时，找出两者各自发生的位移，利用“人船模型”的规律进行求解。返回[解析]如图所示，设该同学在时间t内从船尾走到船头，由动量守恒定律知，人、船在该时间内的平均动量大小相等，即ms人t＝Mdt，又s人＝L－d，得M＝mL－dd。[答案]mL－dd返回(1)应用“人船模型”的方法解题，首先要明确系统是否满足该模型的条件。(2)关键是正确画出各物体的位移图，找出位移的几何关系。返回返回点击下图进入随堂检测归纳小结返回点击下图进入课下作业综合提升