高中物理 第1章 碰撞与动量守恒 1.3 动量守恒定律的案例分析 课时2 反冲运动课件 沪科版选修35.ppt

第1章 1 3动量守恒定律的案例分析 课时2反冲运动 学习目标1 进一步理解动量守恒定律的含义 熟练掌握应用动量守恒定律解决问题的方法和步骤 2 理解反冲运动的原理 会用动量守恒定律分析解决反冲运动问题 3 了解火箭的工作原理 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 反冲运动 在生活中常见到这样的情形 吹饱的气球松手后喷出气体 同时向相反方向飞去 点燃药捻的 钻天猴 会向后喷出亮丽的火焰 同时 嗖 的一声飞向天空 乌贼向后喷出水后 它的身体却能向前运动 结合这些事例 体会反冲运动的概念 并思考以下问题 1 反冲运动的物体受力有什么特点 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 2 反冲运动过程中系统的动量 机械能有什么变化 答案 答案反冲运动中 相互作用的内力一般情况下远大于外力 可认为动量守恒 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 反冲运动1 定义 物体系统的一部分向某方向运动 而其余部分向 运动的现象叫做反冲 2 反冲运动的特点 是物体间作用力与 力产生的效果 3 反冲运动的条件 1 系统 或 2 内力远大于 3 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 相反方向 反作用 不受外力 所受合外力为零 动量守恒定律 外力 判断下列说法的正误 1 反冲运动可以用动量守恒定律来处理 2 一切反冲现象都是有益的 3 章鱼 乌贼的运动利用了反冲的原理 4 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 5 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 二 人船模型 探究 如图1甲所示 人在漂浮于水面上的小船上行走 小船同时向相反的方向运动 其简化运动如图乙所示 不考虑船受到水的阻力 1 人的速度和船的速度有什么关系 图1 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m m 0知任一时刻 人 和 船 的速度大小之比等于质量的反比 整个过程中 人 走 船 行 人 停 船 停 v1 v2 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ms1 ms2 即人和船的位移与质量成反比 人船模型 的特点和遵循的规律 1 满足动量守恒定律 m1v1 m2v2 0 也有m1s1 m2s2 0 2 运动特点 人动船 人静船 人快船 人慢船 人左船 人 船的速度 平均速度或瞬时速度 与它们的质量成 人 船位移与它们的质量成 即 3 应用上述关系时要注意一个问题 即公式中v和s一般都是相对 而言的 动 静 快 右 慢 反比 反比 地面 分析下面的情景 判断下列说法的正误 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 1 船质量越小 人越难跳上岸 2 船质量越大 人越难跳上岸 3 人跳跃相对船的速度等于相对地的速度 题型探究 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 一 反冲运动的应用 例1反冲小车静止放在水平光滑的玻璃上 点燃酒精 水蒸气将橡皮塞水平喷出 小车沿相反方向运动 如果小车运动前的总质量为m 3kg 水平喷出的橡皮塞的质量为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 答案0 1m s 方向与橡皮塞运动的方向相反 解析 答案 解析小车和橡皮塞组成的系统所受合外力为零 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得 mv m m v 0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 解析小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒 以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向 有mvcos60 m m v 0负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 反冲速度大小是0 05m s 2 若橡皮塞喷出时速度大小不变 方向与水平方向成60 夹角 小车的反冲速度又如何 小车一直在水平方向运动 答案0 05m s 方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 解析 答案 例2一火箭喷气发动机每次喷出质量为m 200g的气体 气体离开发动机时速度为v 1000m s 火箭质量为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 答案2m s 解析 答案 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 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 2 运动第1s末 火箭的速度为多大 答案13 5m s 解析 答案 解析以火箭和喷出的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 喷气式飞机和火箭的飞行都属于反冲现象 燃料和氧化剂在燃烧室内混合后点火燃烧 产生的高温高压燃气从尾喷管迅速向下喷出 由于反冲 火箭就向空中飞去 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 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考系的位移 二 反冲运动的应用 人船模型 例3如图2所示 长为l 质量为m的小船静止在水面上 质量为m的人从静止开始从船头走到船尾 不计水的阻力 求人和船相对地面的位移各为多少 答案见解析 图2 解析 答案 解析设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1 v2 作用前都静止 因整个过程中动量守恒 所以有mv1 mv2 达标检测 1 多选 下列属于反冲运动的是a 向后划水 船向前运动b 用枪射击时 子弹向前飞 枪身后退c 用力向后蹬地 人向前运动d 水流过水轮机时 水轮机旋转方向与水流出方向相反 1 2 3 答案 4 2 小车上装有一桶水 静止在光滑水平地面上 如图3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 1 2 解析 答案 3 图3 4 解析根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 故水应向后喷出小车才能向前运动 1 2 3 4 3 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 燃料燃烧推动空气 空气反作用力推动火箭b 火箭发动机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 然后向后推出 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 1 2 解析 答案 3 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燃气从尾喷管以很大速度喷出 使火箭获得反冲速度向前运动 故选b 4 4 如图4所示 质量为m 半径为r的小球 放在内半径为r 质量为m 3m的大空心球内 大球开始静止在光滑水平面上 求当小球由图中位置无初速度释放沿内壁滚到最