高中物理 16.5反冲运动 火箭（探究导学课型）课件 新人教版选修35.ppt

5反冲运动火箭 1 了解什么是反冲运动和反冲运动在生活中的应用 2 知道火箭的飞行原理和主要用途 3 了解我国航天技术的发展 一 反冲现象1 定义 物体的不同部分在内力作用下向 运动 2 特点 1 反冲运动中 相互作用力一般较大 通常可以用 定律来处理 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 增加 相反方向 动量守恒 总动能 二 火箭1 工作原理 利用 运动 火箭燃料燃烧产生的高温 高压燃气从尾部迅速喷出时 使火箭获得巨大的 2 影响火箭获得速度大小的因素 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度为2000 4000m s 2 质量比 火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的 之比 喷气速度 质量比 火箭获得的速度越大 反冲 速度 箭体质量 越大 越大 3 速度大小 v u 式中 m为 t时间内 的质量 m为喷出燃气后 的质量 u为 相对喷气前火箭的速度 喷射燃气 火箭 燃气 1 判一判 1 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 2 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 3 反冲运动的原理既适用于宏观物体 也适用于微观粒子 4 火箭应用了反冲的原理 提示 1 反冲运动的特点遵从牛顿第三定律 2 反冲运动中 若内力远大于外力 也可用动量守恒定律进行分析 3 反冲运动在宏观和微观中均适用 4 火箭的工作原理是反冲运动 2 想一想 为什么反冲运动过程中动量守恒 提示 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 主题一反冲运动 问题探究 1 思考 关于章鱼和乌贼的运动 说明二者运动的原理 提示 1 章鱼和乌贼运动时 满足动量守恒定律 2 章鱼和乌贼运动时 先把水吸入体腔 然后再用力压水 通过身体前面的孔将水喷出 使身体很快地运动 2 直升机上升属于反冲运动吗 提示 不是 因为直升机螺旋翼向下推动空气 给空气一个向下的作用力 空气就对其一个向上的反作用力使飞机运动 不符合反冲运动的特点 3 假如在月球上建一飞机场 应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢 提示 应配置喷气式飞机 喷气式飞机利用反冲运动原理 可以在真空中飞行 而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的 不能在真空中飞行 4 在反冲运动中系统的内力是否会影响系统的总动量 提示 不影响 反冲运动中 系统的内力冲量的矢量和为零 不会影响系统的动量 5 试举例说明反冲运动有哪些应用 提示 1 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 2 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 6 试举例说明反冲运动的危害 提示 射击时 子弹向前飞去 枪身向后运动 发生反冲 这就会影响射击的准确性 探究总结 1 反冲运动的特点及其遵循的规律 1 特点 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 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 系统不受外力或所受外力之和为零 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 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 2 分析反冲运动应注意速度的反向性问题 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 即时训练 1 2013 江苏高考 如图所示 进行太空行走的宇航员a和b的质量分别为80kg和100kg 他们携手远离空间站 相对空间站的速度为0 1m s a将b向空间站方向轻推后 a的速度变为0 2m s 求此时b的速度大小和方向 解析 根据动量守恒 ma mb v0 mava mbvb 代入数据可解得vb 0 02m s 方向为离开空间站方向 答案 0 02m s远离空间站方向 2 一个质量为m的物体从高处自由下落 当物体下落h距离时突然炸裂成两块 其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置 求刚炸裂时另一块的速度v2 解题探究 1 因为炸裂时爆炸力 重力 系统在竖直方向的动量可认为近似守恒 2 若规定向下为正方向 则炸裂结束瞬间质量为m1的一块速度为 远大于 负值 解析 取竖直向下的方向为正方向 炸裂前的两部分是一个整体 物体的动量为p mv 刚炸裂时向上运动并返回开始下落位置的一块质量为m1 其速度大小与炸裂前相同 动量方向与规定的正方向相反 p1 m1v1 由动量守恒定律有mv m1v1 m m1 v2联立解得 由于v2 0 说明炸裂后另一块的运动方向竖直向下 答案 方向竖直向下 主题二火箭 问题探究 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 提示 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 高速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 根据 火箭喷气后增加的速度 v的计算结果 分析提高火箭飞行速度的可行办法 提示 火箭喷气后增加的速度 v u 其中 m是喷射燃气的质量 m是喷出燃气后火箭的质量 u是喷出的燃气相对喷气前火箭的速度 据此得提高火箭飞行速度的办法有 1 提高喷气速度 2 提高喷出的气体与火箭的质量比 3 使用多级火箭 一般为三级 探究总结 火箭发射中的相对速度以及质量变化问题 1 火箭发射问题中 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 2 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 即时训练 1 多选 采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度 a 使喷出的气体速度更大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 解析 选a c 设原来的总质量为m 喷出的气体质量为m 速度是v 剩余的质量 m m 的速度是v 由动量守恒得出 m m v mv得 v 由上式可知 m越大 v越大 v 越大 故a c正确 2 火箭相对地面匀速飞行的速度为v0 某时刻的总质量为m 现火箭发动机向后喷出气体 若每次喷出的气体质量恒为m 相对于火箭的速度恒为u 不计空气阻力和地球引力 求第二次气体喷出后火箭的速度为多大 解题探究 1 题目中的速度u的参照系是相对于 的 而不是相对于 的 不能直接代入动量守恒公式 2 若喷出气体后火箭速度分别为v1 v2 喷出的气体对地速度分别是 和 火箭 地面 v1 u v2 u 解析 火