人教版选修35 反冲运动 火箭 第1课时 学案.doc

人教版 高中物理选修3-5第16章第5节 反冲运动 火箭【知识与技能】1进一步巩固动量守恒定律2知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用3了解航天技术的发展和应用【过程与方法】理解反冲运动的物理实质，能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。【情感态度与价值观】培养学生动手动脑的能力，发掘学生探索新知识的潜能。【教学重难点】教学重点：运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质教学难点：动量守恒定律的应用【教学过程】重难点一、反冲运动反冲现象一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反方向运动，这个现象叫作反冲运动例如：原来静止的大炮，向前发射炮弹后，炮身就要后退；发射火箭时，火箭向下高速喷射气体，使火箭获得向上的速度反冲运动的特点及其遵循的规律1特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。(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(1)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。(2)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。(3)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。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。反冲运动的应用实例(1)利用有益的反冲运动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,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的，等等(2)避免有害的反冲运动射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影响射击的准确性等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，火箭获得大小相同、方向相反的动量，因连续的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭则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(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5 km/s，提高到34 km/s需很高的技术水平(2)质量比(火箭开始飞行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5我国的火箭技术已跨入了世界先进行列【典型例题】火箭发动机每次喷出m0200 g的气体，喷出的气体相对于地面的速度为v1 000 m/s，设火箭的初质量m300 kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭在1 s末的速度为多大？【答案】13.5 m/s【解析】设火箭1 s末的速度为v1，由于忽略了万有引力和阻力，所以动量守恒。以火箭飞行的方向为正方向，0(m20m0)v120m0v，v1 m/s13.5 m/s.重难点二、人船模型“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处理“人船模型”问题的关键(1)利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。由于动量守恒，所以任一时刻系统的总动量为零，动量守恒式可写成m1v1m2v2的形式(v1、v2为两物体的瞬时速率)，表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比。所以全过程的平均速度也与质量成反比。进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比，即。(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。(3)适用条件“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是：系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量守恒。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，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。【典型例题】如图所示，长为l、质量为m船的小船停在静水中，质量为m人的人由静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各为多少？【审题指导】(1)以人和船组成的系统为研究对象，在人由船头走到船尾的过程中，系统水平方向不受外力作用，所以整个系统水平方向动量守恒0(2)当人起步加速前进时，船同时向后做加速运动；人匀速运动，则船匀速运动；当人停下来时，船也停下来【答案】s人ls船l.【解析】设某时刻人对地的速度为v人，船对地的速度为v船，取人前进的方向为正方向，根据动量守恒定律有：m人v人m船v船0，即v船v人m人m船因为人由船头走到船尾的过程中，每一时刻都满足动量守恒定律，所以每一时刻人的速度与船的速度之比，都与它们的质量之比成反比因此人由船