高中物理 第十六章 动量守恒定律 5 反冲运动 火箭课件1 新人教版选修35.ppt

5 反冲运动火箭 自学线索 学基础导学 1 定义 根据动量守恒定律 一个静止的物体在 的作用下分裂为两部分 一部分向某一个方向运动 另一部分必然向 方向运动的现象 一 反冲 内力 相反 2 特点 1 物体的不同部分在 力作用下向相反方向运动 2 反冲运动中 相互作用力一般较大 通常可以用动量守恒定律来处理 3 反冲运动中 由于有 能转变为动能 所以系统的总动能 内 其他形式 增加 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 提示 反冲是物体在内力作用分裂为两部分 它们的运动方向相反 划船时 水不是船的一部分 运动方向也不一定相反 不是反冲 1 工作原理 是利用 运动 火箭燃料燃烧产生的高温 高压燃气从尾喷管迅速喷出时 使火箭获得巨大速度 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约为2000m s 4000m s 2 质量比 指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 喷气速度 质量比 火箭获得的速度越大 二 火箭 反冲 越大 越大 讲要点例析 对反冲运动的理解 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 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 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 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 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 2 运动第1s末 火箭的速度多大 答案 1 2m s 2 13 5m s 分析火箭类问题应注意的问题 1 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 2 明确两部分物体初 末状态的速度的参考系是否是同一参考系 如果不是同一参考系要设法予以调整 一般情况要转换成对地球的速度 3 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 答案 c 反冲运动中的 人船模型 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 1 人船模型 问题中 两物体的运动特点是 人 走 船 行 人 停 船 停 2 问题中的 船长 通常应理解为 人 相对 船 的相对位移 而在求解过程中应讨论的是 人 及 船 的对地位移 有一只小船停在静水中 船上一人从船头走到船尾 如果人的质量m 60kg 船的质量m 120kg 船长为l 3m 则船在水中移动的距离是多少 水的阻力不计 解析 人在船上走时 由于人 船系统所受合力为零 总动量守恒 因此系统的平均动能也守恒 如图所示 答案 1m 人船模型 是利用平均动量守恒求解的一类问题 解决这类问题应明确 1 适用条件是 系统由两个物体组成且相互作用前静止 系统总动量为零 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照物的位移 2 1如图所示 载人气球原来静止在空中 与地面距离为h 已知人的质量为m 气球的质量 不含人的质量 为m 若人要沿轻绳梯返回地面 则绳梯的长度至少为多长 思考与讨论 教材p22你知道章鱼 乌贼怎样游泳吗 它们先把水吸入体腔 然后用力压水 通过身体前面的孔将水喷出 使身体很快地运动 章鱼能够调整自己的喷水口的方向 这样可以使得身体向任意方向前进 你认为章鱼游泳时应用了什么物理原理 点拨 章鱼 乌贼游泳时 将身体内部的一部分水高速喷出 从而使自身获得相反方向的速度 像这样 由于物体通过分离出部分物质 而使剩余的部分获得速度 这种现象称为反冲运动 其基本原理仍然是动量守恒定律 思考与讨论 教材p23质量为m的人在远离任何星体的太空中 与他旁边的飞船相对静止 由于没有力的作用 他与飞船总保持相对静止的状态 这个人手中拿着一个质量为 m的小物体 现在他以相对于飞船为u的速度把小物体抛出 如图 1 小物体的动量改变量是多少 2 人的动量改变量是多少 3 人的速度改变量是多少 练随堂演练 1 假定冰面是光滑的 某人站在冰冻河面的中央 他想到达岸边 则可行的办法是 a 步行b 挥动双臂c 在冰面上滚动d 脱去外衣抛向岸的反方向答案 d 2 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 燃料推动空气 空气的反作用力推动火箭b 火箭发动机用力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 然后向后排出 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 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 高压气体从尾部喷出 使得火箭获得反冲速度 故正确答案为b 答案 b 答案 a 4 小车上装有一桶水 静止在光滑水平地面上 如图所示 桶的前 后 底及侧面各装有一个阀门 分别为s1 s2 s3 s4 图中未全画出 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 解析 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 答案 b 5 小船相对于地面以速度v向东行驶 若在船上以相对于地面相同的速率2v分别水平向东和向西抛出两个质量相等的重物 则小船的速度将 a 不变b 减小c 增大d