山东省成武一中高中物理 16.5 反冲运动 火箭课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道反冲运动的含义和反冲运动在技术上的应用 2 知道火箭的飞行原理和主要用途 过程与方法体会物理规律在现代科学技术领域的应用 情感 态度与价值观树立理论来源于实践 应用于实践的世界观 1 根据动量守恒定律 如果一个静止的物体在内力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 章鱼的运动利用了 的原理 2 喷气式飞机和火箭的飞行应用了 的原理 它们都是靠 的反冲作用而获得巨大速度的 3 火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的 这个参数一般小于 否则火箭结构的强度就有问题 答案 1 相反反冲反冲2 反冲喷出气流3 质量比10 知识点1反冲 1 反冲 根据动量守恒定律 如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分 一部分向某个方向运动 另一部分必然向相反的方向运动 这个现象叫做反冲 2 反冲运动的特点 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 反冲运动过程中 一般满足系统的合外力为零或内力远大于外力的条件 因此可以运用动量守恒定律进行分析 若系统的初始动量为零 由动量守恒定律可得0 m1v 1 m2v 2 此式表明 做反冲运动的两部分的动量大小相等 方向相反 而它们的速率则与质量成反比 3 应用 反冲运动有利也有害 有利的一面我们可以应用 比如农田 园林的喷灌装置 旋转反击式水轮发电机 喷气式飞机 火箭 宇航员在太空行走等等 反冲运动不利的一面则需要尽力去排除 比如开枪或开炮时反冲运动对射击准确性的影响等 例1 质量为m的气球上有一质量为m的人 共同静止在距地面高为h的空中 现在从气球中放下一根不计质量的软绳 人沿着软绳下滑到地面 软绳至少为多长 人才能安全到达地面 解析 人和气球原来静止 说明人和气球组成的系统所受外力的合力为零 在人沿软绳下滑的过程中 它们所受的重力和浮力都未改变 故系统的合外力仍为零 动量守恒 设人下滑过程中某一时刻速度大小为v 此时气球上升的速度大小为v 取向上方向为正 由动量守恒定律得mv mv 0 即mv mv 对应训练 1 平板车停在水平光滑的轨道上 平板车上有一人从固定在车上的货箱边沿水平方向顺着轨道方向跳出 落在平板车地板上的a点 距货箱水平距离为l 4m 如图16 5 1所示 人的质量为m 车连同货箱的质量为m 4m 货箱高度为h 1 25m 求车在人跳出后到落到地板前的反冲速度为多大 答案 1 6m s 知识点2火箭 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 火箭获得大小相等 方向相反的动量 因而发生连续的反冲现象 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 3 火箭飞行能达到的最大飞行速度 主要决定于两个因素 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 质量比 火箭开始飞行时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 对应训练 2 宇航员要到舱外进行科研活动 假设一个宇航员连同装备的总质量为100kg 在空间跟飞船相距45m处相对飞船处于静止状态 他带有一个装有0 5kg氧气的贮氧筒 贮氧筒上有一个可以使氧气以50m s的相对速度喷出的喷嘴 宇航员必须向着跟返回飞船方向相反的方向释放氧气 才能回到飞船上去 同时又必须保留一部分氧气供他在返回飞船的途中呼吸 已知宇航员呼吸的耗氧率为2 5 10 4kg s 试问 1 如果他在准备返回飞船的瞬间 释放0 15kg的氧气 他能安全地回到飞船吗 2 他安全返回飞船所用的最短时间是多少 解析 1 令m 100kg m0 0 5kg m 0 15kg 氧气释放速度为u 宇航员在释放氧气后的速度为v 由题意知系统动量守恒 即0 m m v m u v 答案 1 能安全返回 2 200s 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 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 人船模型 问题中 两物体的运动特点是 人 走 船 行 人 停 船 停 问题中的 船长 通常理解为 人 相对 船 的相对位移 而在求解过程中应讨论的是 人 及 船 相对地的位移 即相对于同一参照物的位移 例3 如图16 5 3所示 长为l 质量为m的小船停在静水中 一个质量为m的人立在船头 若不计水的黏滞阻力 在人从船头走到船尾的过程中 船和人的对地位移各是多少 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 不计水的阻力 系统在水平方向上不受外力作用 动量守恒 设某一时刻人对地的速度为v2 船对地的速度为v1 规定人前进的方向为正方向 巧识反冲式飞行器学习反冲运动时 教材中表述喷气式飞机和火箭都是反冲运动的重要应用 那么他们之间有什么区别 其他飞天工具飞天原理又是怎样 教材中没解释 下面就以上问题做简要分析 喷气式飞机喷气式飞机的发动机从燃料燃烧时所产生的热气中获得动力 发动机前面功率很大的螺旋桨吸进空气 这空气在发动机里的一个地方即燃烧器里与燃料混合在一起燃烧 热气体膨胀后形成一股火一般的气流 急速从尾部排气管喷出 与此同时 热气体推动着燃烧器的前部 驱使着飞机向前飞行 火箭火箭与喷气式飞机都储存有大量的燃料 但是火箭与飞机的发动机有很大的不同 飞机发动机要吸入空气 利用空气中的氧气燃烧 但火箭不同 火箭所需的氧化剂并非来自空气 而是来自火箭的内部 这是火箭与飞机飞行时很重要的区别 因此 飞机不能在没有空气的地方飞行 而火箭在没有空气的地方也能飞行 直升机螺旋桨在高度旋转的时候 能产生很强的上升力量 现代的直升机 就是利用桨产生的拉力直升到空中去的 所以直升机在发明初期又称为 螺升机 飞艇飞艇的诞生很多方面是模仿舰船的结果 1734年 法国人罗伯特兄弟在气球的基础上 制造出第一艘人力飞艇 它具有鱼形的气囊 内充氢气 长15 6m 7个人坐下面的框式吊篮里 靠人力划桨前进 桨则是用绸子绷