高中物理 16.5 反冲运动 火箭课件 新人教版选修35.ppt

5反冲运动火箭 第十六章动量守恒定律 学习目标 知识探究 典例精析 达标检测 1 了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用 2 理解反冲运动的原理 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 一 反冲 法国幻影2000喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速燃气 利用反冲作用可以得到超过声速的飞行速度 请思考以下问题 1 反冲运动的受力有什么特点 知识探究 导学探究 答案 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 对反冲运动的理解 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 是物体间作用力与反作用力产生的效果 3 反冲运动的条件 系统或 内力远大于 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 知识梳理 答案 内力 相反 不受外力 所受合外力为零 外力 动量守恒定律 多选 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 即学即用 解析答案 解析反冲运动是一个物体分裂成两部分 两部分向相反方向的运动 故直升机的运动不是反冲运动 acd 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 导学探究 答案 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 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 答案在火箭发射过程中 由于内力远大于外力 所以可认为动量守恒 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mv m m v 0所以v 3 分析提高火箭飞行速度的可行办法 答案 答案由 2 知火箭喷气后增加的速度v 1 v故可以用以下办法提高飞行速度 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 1 火箭的工作原理 利用运动 火箭燃料燃烧产生的高温 高压燃气从喷管迅速喷出 使火箭获得的速度 2 火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由和 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 3 火箭喷气属于类问题 是的重要应用 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 答案 知识梳理 反冲 尾部 向前 喷气速度 质量比 反冲 动量守恒定律 多选 采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度 a 使喷出的气体速度增大b 使喷出的气体温度更高c 使喷出的气体质量更大d 使喷出的气体密度更小 即学即用 ac 答案 三 人船模型 探究 1 两位两学在公园里划船 当小船离码头大约1 5m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1所示 她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢 不计水的阻力 导学探究 答案 图1 答案这位同学与船包括另一同学组成的系统在不考虑水阻力的情况下 所受合外力为零 她的跳跃过程遵循动量守恒定律 她在跳出瞬间 船也要向后运动 2 如图2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 人船模型 遵循什么规律 人的速度和船的速度有什么关系 答案 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 整人过程中 人 走 船 行 人 停 船 停 图2 人和船的位移有什么关系 答案 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 人船 模型的特点和遵循规律 1 两物体满足动量守恒定律 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 人船位移比等于它们质量的 人船的速度 平均速度或瞬时速度 比等于它们质量的 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 答案 知识梳理 动 静 快 慢 右 反比 地面 反比 多选 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 则下列说法中正确的是 a 船质量越小 人越难跳上岸b 人跳跃时相对船的速度大于相对地的速度c 船质量越大 人越难跳上岸d 人跳跃相对船的速度等于相对地的速度 即学即用 解析答案 返回 解析船越轻小 船的反冲速度越大 人获得的速度反而越小 人船相对运动 因此说人跳跃时相对船的速度大于相对地的速度 故选项a b正确 ab 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 一 反冲运动的应用 典例精析 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 0v 2 9m s 0 1m s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 答案0 1m s 方向与橡皮塞运动的方向相反 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 总结提升 解析小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒 以橡皮塞运动的方向为正方向 有mvcos60 m m v 0v m s 0 05m s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 05m s 答案0 05m s 方向与橡皮塞运动的方向相反 总结提升 总结提升 1 反冲运动问题一般应用系统动量守恒定律列式计算 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 2 动量守恒表达式中的速度均为相对地面的速度 对 相对 速度 则要根据矢量关系转化为相对地面的速度 针对训练一个静止的质量为m的不稳定原子核 当它放射出质量为m 速度为v的粒子后 原子核剩余部分的速度为 解析以原子核为一系统 放射过程中由动量守恒定律得 m m v mv 0所以v b 解析答案 二 火箭问题的分析 例2一火箭喷气发动机每次喷出m 200g的气体 气体离开发动机时速度v 1000m s 设火箭质量m 300kg 发动机每秒喷气20次 求 1 当第3次气体喷出后 火箭的速度为多大 2 运动第1s末 火箭的速度为多大 解析答案 总结提升 解析由于每次喷气速度都一样 可选整体为研究对象 运用动量守恒定律来求解 1 设喷出3次气体后火箭的速度为v3 以火箭和喷出的3次气体为研究对象 根据动量守恒定律可得 m 3m v3 3mv 0解得v3 2m s 解析答案 总结提升 2 以火箭和喷出的20次气体为研究对象 根据动量守恒定律可得 m 20m v20 20mv 0得v20 13 5m s 总结提升 答案 1 2m s 2 13 5m s 总结提升 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 三 人船模型 的应用 例3如图3所示 长为l 质量为m的小船停在静水中 一个质量为m的人站在船头 若不计水的阻力 当人从船头走到船尾的过程中 船和人对地面的位移大小各是多少 图3 解析答案 规律总结 返回 解析当人从船头走到船尾的过程中 人和船组成的系统在水平方向上不受力的作用 故系统水平方向动量守恒 设某时刻人对地的速度为v2 船对地的速度为v1 取人行走方向为正方向 则mv2 mv1 0 即 在人从船头走到船尾的过程中 每一时刻系统的动量均守恒 故mv2t mv1t 0 即mx2 mx1 0 又x1 x2 l 所以 答案 规律总结 规律总结 解决这类问题的关键是做好以下三个方面 1 利用动量守恒 确定人 船速度关系 2 找出船和人对地位移间的关系 3 注意公式中的速度和位移都是相对地面的 返回 1 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 达标检测 1 2 3 4 解析答案 解析火箭模型在极短时间内点火 设火箭模型获得速度为v 据动量守恒定律有0 m m v mv0 得v v0 故选d d 2 假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上 现欲离开冰面 下列方法中可行的是 a 向后踢腿b 手臂向后甩c 在冰面上滚动d 脱下外衣水平抛出 1 2 3 4 解析答案 解析踢腿 甩手对整个身体系统来讲是内力 内力不改变系统整体的运动状态 d 3 人坐在船上 船静止在水面上 人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 则人 船的动能为 人 船和物体的总质量为m 1 2 3 4 解析答案 解析设抛出的物体的速度大小为v0 人和船的速度大小为v