高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 第四节 反冲运动同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第一章 第四节反冲运动 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解决反冲运动问题 3 了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 反冲运动 在生活中常见到这样的情形 吹饱的气球松手后喷出气体 同时向相反方向飞去 点燃 钻天猴 的药捻 便会向后喷出亮丽的火焰 同时 嗖 的一声飞向天空 乌贼向后喷出水后 它的身体却能向前运动 结合这些事例 体会反冲运动的概念 并思考以下问题 1 反冲运动的物体受力有什么特点 答案物体的不同部分受相反的作用力 在内力作用下向相反方向运动 答案 2 反冲运动过程中系统的动量 机械能有什么变化 答案反冲运动中 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 反冲运动中 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的机械能增加 答案 反冲运动1 定义 如果一个静止的物体在的作用下分裂为两个部分 一部分向某个方向运动 另一部分必然向的方向运动 这个现象叫做反冲 2 反冲运动的特点 是物体间作用力与力产生的效果 3 反冲运动的条件 1 系统或 2 内力远大于 3 某一方向上不受外力或所受合外力为零 4 反冲运动遵循的规律 反冲运动遵循 内力 相反 反作用 不受外力 所受合外力为零 外力 动量守恒定律 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 4 反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 5 只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 二 火箭 1 火箭飞行利用了怎样的工作原理 在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律 答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行 利用了反冲原理 由于火箭与 高温 高压 燃气组成的系统内力很大 远大于系统所受重力及阻力 故可应用动量守恒定律 答案 2 设火箭发射前的总质量是m 燃料燃尽后的质量为m 火箭燃气的喷射速度为v 试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v 答案在火箭发射过程中 由于内力远大于外力 所以动量守恒 取火箭的速度方向为正方向 发射前火箭的总动量为0 发射后的总动量为mv m m v则由动量守恒定律得0 mv m m v 答案 3 分析提高火箭飞行速度的可行办法 答案由上问可知火箭喷气后最大的速度v 1 v故可以用以下办法提高火箭飞行速度 提高喷气速度 提高火箭的质量比 使用多级火箭 一般为三级 答案 火箭的原理1 工作原理应用运动 其反冲过程守恒 它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得的速度 2 影响火箭最终速度大小的因素 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为m s 反冲 向前 2000 4000 动量 2 火箭的质量比 指火箭起飞时的质量与之比 现代火箭的质量比一般小于 喷气速度 质量比 火箭获得的速度 火箭除燃料外的箭体质量 10 越大 越大 越大 判断下列说法的正误 1 火箭点火后离开地面加速向上运动 是地面对火箭的反作用力作用的结果 2 在没有空气的宇宙空间 火箭仍可加速前行 答案原来静止的 人 和 船 发生相互作用时 所受外力的矢量和为零 则动量守恒 在相互作用的过程中 由mv1 mv2 0知任一时刻 人 和 船 的速度大小之比等于质量的反比 整个过程中 人 走 船 行 人 停 船 停 三 人船模型 探究 如图1甲所示 人在漂浮在水面上的小船上行走 小船同时向着相反的方向运动 其简化运动如图乙 不考虑船受到水的阻力 答案 图1 1 人的速度和船的速度有什么关系 答案因为任意时刻mv1 mv2 所以mx1 mx2 即人和船的位移与质量成反比 2 人和船的位移有什么关系 答案 人船模型 的特点和遵循的规律1 满足动量守恒定律 m1v1 m2v2 0 也有m1x1 m2x2 0 2 运动特点 人动船 人静船 人快船 人慢船 人左船 人 船的速度 平均速度或瞬时速度 与它们的质量成 人 船位移与它们的质量成 即3 应用上述关系时要注意一个问题 即公式中v和x一般都是相对而言的 动 静 快 慢 右 反比 反比 地面 分析下面的情景 判断下列说法的正误 一人从停泊在码头边的船上往岸上跳 若该船的缆绳并没拴在码头上 则 1 船质量越小 人越难跳上岸 2 船质量越大 人越难跳上岸 3 人跳跃相对船的速度等于相对地的速度 题型探究 一 反冲运动的应用 例1反冲小车静止放在水平光滑玻璃上 点燃酒精 水蒸气将橡皮塞水平喷出 小车沿相反方向运动 如果小车 含橡皮塞 的总质量m 3kg 水平喷出的橡皮塞的质量m 0 1kg 1 若橡皮塞喷出时获得的水平速度v 2 9m s 求小车的反冲速度 答案0 1m s 方向与橡皮塞运动的方向相反 解析 答案 解析小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零 系统总动量为零 以橡皮塞运动的方向为正方向根据动量守恒定律 mv m m v 0 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反 反冲速度大小是0 1m s 2 若橡皮塞喷出时速度大小不变 方向与水平方向成60 角 小车的反冲速度又如何 小车一直在水平方向运动 解析 答案 答案0 05m s 方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 解析小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒 以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向 有mvcos60 m m v 0 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 反冲速度大小是0 05m s 针对训练1如图2所示是一门旧式大炮 炮车和炮弹的质量分别是m和m 炮筒与地面的夹角为 炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0 不计炮车与地面的摩擦 求炮身向后反冲的速度大小v为 解析 答案 解析取炮弹与炮车组成的系统为研究对象 因不计炮车与地面的摩擦 所以水平方向动量守恒 炮弹发射前 系统的总动量为零 炮弹发射后 炮弹的水平分速度为v0cos 根据动量守恒定律有 mv0cos mv 0所以炮车向后反冲的速度大小为v 图2 二 火箭原理 1 火箭喷气属于反冲类问题 是动量守恒定律的重要应用 在火箭运动的过程中 随着燃料的消耗 火箭本身的质量不断减小 对于这一类的问题 可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象 取相互作用的整个过程为研究过程 运用动量守恒的观点解决问题 2 火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比 火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 两个因素决定 例2一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 发动机每秒钟喷气20次 1 当第三次喷出气体后 火箭的速度多大 解析 答案 解析选取火箭和气体组成的系统为研究对象 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 故v3 2m s 答案2m s 2 运动第1s末 火箭的速度多大 解析 答案 解析发动机每秒钟喷气20次 以火箭和喷出的20次气体为研究对象 根据动量守恒定律得 m 20m v20 20mv 0 故v20 13 5m s 答案13 5m s 针对训练2将静置在地面上 质量为m 含燃料 的火箭模型点火升空 在极短时间内火箭模型以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体 忽略喷气过程重力和空气阻力的影响 则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是 解析 答案 解析应用动量守恒定律解决问题 注意火箭模型质量的变化 取向下为正方向 由动量守恒定律可得 0 mv0 m m v 故v 选项d正确 三 反冲运动的应用 人船模型 1 适用条件 1 系统由两个物体组成且相互作用前静止 系统总动量为零 2 在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒 如水平方向或竖直方向 2 画草图 解题时要画出各物体的位移关系草图 找出各长度间的关系 注意两物体的位移是相对同一参考系的位移 例3如图3所示 长为l 质量为m的小船停在静水中 质量为m的人从静止开始从船头走到船尾 不计水的阻力 求人和船相对地面的位移各为多少 解析 答案 解析设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1 v2 作用前都静止 因整个过程中动量守恒 所以有mv1 mv2 图3 答案见解析 例4质量为m的热气球吊筐中有一质量为m的人 他们共同静止在距地面为h的高空中 现从热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 答案 解析如图所示 设绳长为l 人沿软绳滑至地面的时间为t 由图可知 l x人 x球 设人下滑的平均速度大小为v人 气球上升的平均速度大小为v球 由动量守恒定律得 0 mv球 mv人 即0 0 mx球 mx人 又有x人 x球 l x人 h 联立以上各式得 l 因此软绳的长度至少为 达标检测 1 多选 下列属于反冲运动的是a 向后划水 船向前运动b 用枪射击时 子弹向前飞 枪身后退c 用力向后蹬地 人向前运动d 水流过水轮机时 水轮机旋转方向与水流出方向相反 答案 1 2 3 4 2 小车上装有一桶水 静止在光滑水平地面上 如图4所示 桶的前 后 底及侧面各装有一个阀门 分别为s1 s2 s3 s4 图中未画出 要使小车向前运动 可采用的方法是a 打开阀门s1b 打开阀门s2c 打开阀门s3d 打开阀门s4 答案 解析 解析根据水和车组成的系统动量守恒 原来系统动量为0 由0 m水v水 m车v车知 车的运动方向与水的运动方向相反 故水应向后喷出小车才能向前运动 1 2 3 4 图4 3 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 解析 1 2 3 4 解析火箭工作的原理是利用反冲运动 火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管以很大速度喷出 使火箭获得反冲速度向前运动 故选b项 4 如图5所示 质量为m 半径