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

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 5 动量守恒定律 第十六章 第五节反冲运动火箭 第十六章 我国宋代就发明了火箭 如图甲 火箭上扎一个火药筒 火药筒的前端是封闭的 火药点燃后火箭由于反冲向前运动 现代火箭 原理与古代火箭相同 如图乙 你知道我国 长征 号系列火箭是怎样先后将 神舟 号系列载人飞船送上太空的吗 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 反向运动中 相互作用力一般较大 通常可以用 来处理 反冲运动 内力 相反 内力 动量守恒定律 3 反冲现象的应用及防止 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 旋转 准确性 肩部 1 火箭现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得 向前推进的飞行器 2 火箭的工作原理当火箭推进剂燃烧时 从尾部喷出的气体具有很大的 根据动量守恒定律 火箭获得大小相等 方向相反的 因而发生连续的 现象 随着推进剂的消耗 火箭的质量逐渐减小 加速度不断增大 当推进剂燃尽时 火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行 火箭 反作用力 动量 动量 反冲 3 影响火箭速度大小的因素 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 5km s 提高到3 4km s需很高的技术水平 2 质量比 火箭 时的质量与火箭除燃料外的 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 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等 开始飞行 箭体 运载 一 反冲运动的特点及其遵循的规律1 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 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 反冲运动中 以下三种情况均可应用动量守恒定律解决 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 可以在该方向上应用动量守恒定律 二 分析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 3 变质量问题在反冲运动中还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 某学习小组在探究反冲运动时 将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2的小玩具船上 利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力 现在整个装置静止放在平静的水面上 已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1 如果在 t的时间内向后喷射的气体的质量为 m 忽略水的阻力 则喷射出质量为 m的气体后 小船的速度是多少 三 人船模型 的处理方法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 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 两位同学在公园里划船 租船时间将到 她们把小船划向码头 当小船离码头大约2m左右时 有一位同学心想 自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2m 跳到岸上绝对没有问题 于是她纵身一跳 结果却掉到了水里 如图 她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢 假设起跳时船已静止 一个连同装备总质量为m 100kg的宇航员 在距离飞船s 45m处与飞船处于相对静止状态 他准备对太空中的哈勃望远镜进行维修 宇航员背着装有质量为m0 0 5kg的o2贮气筒 筒内有一个可以使o2以v 50m s的速度喷出的喷嘴 宇航员在维修完毕哈勃望远镜后 必须向着返回飞船方向的反方向释放o2 才能回到飞船 同时又必须保留一部分o2供途中宇航员呼吸之用 宇航员的耗氧率为q 2 5 10 4kg s 如果不考虑喷出o2对设备与宇航员总质量的影响 则 反冲运动 1 喷出多少o2 宇航员才能安全返回飞船 2 为了使总耗氧量最低 应该一次喷出多少氧气 返回时间是多少 解析 1 以飞船为参考物 设沿着飞船运动的方向为正方向 并设喷出质量为m kg o2时宇航员获得的速度是v 对于 宇航员和喷出的o2 这一系统而言 在喷气方向上由动量守恒可得 m m v mv 0 考虑m m 有v mv m 宇航员返回时做匀速运动 历时t s v 答案 1 0 05kg 0 45kg 2 0 15kg 600s点评 本题中宇航员所带的氧气量一定 问题是要将它合理分配给呼吸和喷气两个方面使用 并能保证宇航员安全返回飞船 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 设火箭质量m 300kg 发动机每秒喷气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 火箭的应用 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 燃料燃烧推动空气 空气反作用力推动火箭b 火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出 气体的反作用力推动火箭c 火箭吸入空气 然后向后推出 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 答案 b解析 火箭工作的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 使火箭获得的反冲速度 故正确答案为选项b 如图所示 长为l 质量为m的船停在静水中 一个质量为m的人 可视为质点 站在船的左端