高中物理 第16章 第5节 反冲运动 火箭课件 新人教版选修35.ppt

第十六章动量守恒定律 第5节反冲运动火箭 栏目链接 学习目标 1 经历实验探究 认识反冲运动 能举出几个反冲运动的实例 2 结合动量守恒定律对反冲现象做出解释 进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力 3 知道火箭的飞行原理和主要用途 了解我国的航空 航天事业的巨大成就 激发学生热爱祖国的情感 栏目链接 1 现象 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分 一部分向某个方向运动 另一部分必然向相反方向运动 这个现象叫作反冲运动 例如 原来静止的大炮 向前发射炮弹后 炮身就要后退 发射火箭时 火箭向下高速喷射气体 使火箭获得向上的速度 栏目链接 2 反冲运动遵循的规律 反冲运动是系统内力作用的结果 虽然有时系统所受的合外力不为零 但由于系统内力远远大于外力 所以系统的总动量是守恒的 3 反冲运动的应用实例 1 利用有益的反冲运动 反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出 使转轮由于反冲而旋转 从而带动发电机发电 喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速度的 等等 栏目链接 2 避免有害的反冲运动 射击时 子弹向前飞去 枪身向后发生反冲 这就会影响射击的准确性等 4 在讨论反冲运动问题时 应注意以下几点 1 速度的反向性 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 质量为m的物体以对地速度v抛出一个质量为m的物体 研究剩余部分 m m 对地反冲速度时 设v的方向为正 列出的方程式为mv m m v 0 尝试应用1 2014 重庆卷 一炮弹在飞行到距离地面5m高时仅有水平速度v 2m s 爆炸成为甲 乙两块水平飞出 甲 乙的质量比为3 1 不计质量损失 取重力加速度g 10 则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是 分析 炮弹到达最高点时爆炸时 爆炸的内力远大于重力 外力 遵守动量守恒定律 当炮弹到达最高点时爆炸为沿水平方向运动的两片 两块弹片都做平抛运动 根据平抛运动的基本公式即可解题 解析 规定向左为正 设炮弹的质量为4m 则甲的质量为3m 乙的质量为m 炮弹到达最高点时爆炸时 爆炸的内力远大于重力 外力 遵守动量守恒定律 则有 4mv0 3mv1 mv2 则 8 3v1 v2 两块弹片都做平抛运动 高度一样 则运动时间相等 栏目链接 1 火箭 现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器 2 火箭的工作原理 动量守恒定律 当火箭推进剂燃烧时 从尾部喷出的气体具有很大的动量 根据动量守恒定律 火箭获得大小相同 方向相反的动量 因连续的反冲现象 随着推进剂的消耗 火箭的质量逐渐减小 速度不断增大 当推进剂燃尽时 火箭则以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行 3 火箭飞行能达到的最大飞行速度 主要决定于两个因素 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 5km s 提高到3 4km s需很高的技术水平 2 质量比 火箭开始飞行的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 现代火箭能达到的质量比不超过10 4 现代火箭的主要用途 利用火箭作为运载工具 例如发射探测仪器 常规弹头和核弹头 人造卫星和宇宙飞船 5 我国的火箭技术已跨入了世界先进行列 栏目链接 尝试应用2 总质量为m的火箭被飞机释放时的速度为v0 方向水平 释放后火箭立即向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气 则火箭相对于地面的速度变为多少 栏目链接 分析 对火箭和气体系统为研究对象 在水平方向上运用动量守恒定律 求出喷气后火箭相对于地面的速度 解析 以火箭飞行的方向为正方向 火箭被飞机释放后火箭喷出燃气前后瞬间 根据动量守恒定律得 mv0 m m v mu 如图所示 自行火炮连同炮弹的总质量为m 当炮管水平 火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中 发射一枚质量为m的炮弹后 自行火炮的速度变为v2 仍向右行驶 则炮弹相对炮筒的发射速度v0为 栏目链接 审题指导 1 对艇和炮弹组成的系统 由于不受阻力作用 系统所受合外力为0 开炮过程中动量守恒 需要注意开炮后艇的质量在减少 栏目链接 栏目链接 答案 b 点评 此题考查动量守恒定律在反冲运动中的应用 选项a错在将v0当做炮弹对地的速度 选项c错在求合速度 即将炮弹对地速度错为v0 v2 对于选项d 由于v0是发射结束时刻的速度 而v1则是发射前时刻的速度 不同时刻的速率是不能合成的 而选项d恰好错在将不同时刻的两个分速度合成为v0 v1 另外还需要注意过程前后物体质量与速度的对应 防止混乱 这些都是解这类题时经常出现的错误 应引起高度的重视 栏目链接 变式训练1 一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动 若其沿运动方向的相反方向射出一物体p 不计空气阻力 则 a a 火箭一定离开原来轨道运动b p一定离开原来轨道运动c 火箭运动半径可能不变d p运动半径一定减小解析 火箭喷出物体p后 由反冲原理知火箭速度变大 所需向心力变大 从而火箭做离心运动离开原来轨道 半径增大 物体p的速率可能比火箭原来的速率大 也可能比火箭原来的速率小或相等 所以p不一定离开原来的轨道 选项a正确 如图所示 长为l 质量为m船的小船停在静水中 质量为m人的人由静止开始从船头走到船尾 不计水的阻力 求船和人相对地面的位移各为多少 审题指导 1 以人和船组成的系统为研究对象 在人由船头走到船尾的过程中 系统水平方向不受外力作用 所以整个系统水平方向动量守恒0 栏目链接 2 当人起步加速前进时 船同时向后做加速运动 人匀速运动 则船匀速运动 当人停下来时 船也停下来 解析 设某时刻人对地的速度为v人 船对地的速度为v船 取人前进的方向为正方向 根据动量守恒定律有 m人v人 m船v船 0 即v船 v人 m人 m船 因为人由船头走到船尾的过程中 每一时刻都满足动量守恒定律 所以每一时刻人的速度与船的速度之比 都与它们的质量之比成反比 因此人由船头走到船尾的过程中 人的平均速度与船的平均速度也与它们的质量成反比 由图可以看出 s船 s人 l 栏目链接 而人的位移s人 v人t 船的位移s船 v船t 所以船的位移与人的位移也与它们的质量成反比 即 s船 s人 m人 m船 栏目链接 点评 式是 人船模型 的位移与质量的关系 此式的适用条件 原来处于静止状态的系统 在系统发生相对运动的过程中 某一个方向的动量守恒 此模型可进一步推广到其他类似的情景中 进而能解决大量的实际问题 例如人沿着静止在空中的热气球下面的软梯滑下或攀上 求热气球上升或下降高度的问题 小球沿放在光滑水平地面上的弧形槽滑下 求弧形槽移动距离的问题等 变式训练2 质量为m 半径为r的小球 放在半径为2r 质量为m的大空心球内 大球开始静止在光滑水平面上 如图所示 当小球从图中所示位置无初速度地沿内壁滚到最低点时 大球移动的距离为多大 解析 小球与大球组成的系统水平方向不受力的作用 系统水平动量守恒 因此小球向右滚动 大球向左滚动 在滚动过程中 设小球向右移动的水平距离为s1 大球向左移动的水平距离为s2 两者移动的总长度为r 因此有ms1 ms2 0而s1 s2 r 运送人造地球卫星的火箭开始工作后 火箭做加速运动的原因是 a 燃料推动空气 空气的反作用力推动火箭b 火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后迅速喷出 气体的反作用力推动火箭c 火箭吸入空气 然后向后排出 空气对火箭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 审题指导 1 反冲运动初状态系统的总动量一般为零 由此可知箭体与燃料燃烧产生的气体速度方向应该相反 2 根据反冲运动的定义分析 应特别注意 空气的反作用力并没有直接作用于火箭 而是作用于被喷出的气体 解析 火箭的工作原理是利用反冲运动 是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时 使火箭获得反冲速度 故正确答案为b 答案 b点评 本题考查了火箭