高中物理 第十六章 动量守恒定律 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 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 反冲运动阅读教材第22页 反冲运动 部分 了解反冲运动的特点 1 什么是反冲运动 其特点是什么 答案 如果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的方向运动 这个现象叫作反冲 其特点 1 物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动 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 2 举例说明日常生活中常见反冲现象的应用及防止 答案 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 一边喷水一边旋转 2 防止 用枪射击时 由于枪身的反冲会影响射击的准确性 所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部 以减少反冲的影响 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 火箭阅读教材第23页 火箭 部分 了解火箭的工作原理 1 工作原理 利用反冲运动 火箭燃料燃烧产生的高温 高压燃气从尾喷管迅速喷出时 使火箭获得巨大的速度 2 影响火箭获得速度大小的因素有哪些 答案 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为2000 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 喷气速度越大 质量比越大 火箭获得的速度越大 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 我国近年来研制的大型客机c919以及wz 10直升机就是利用反冲运动的原理 发动机喷出高温高压的燃气使飞机获得了巨大的反推力而运动 解析 喷气式客机是利用高速喷出的燃气而获得反作用力的 而直升机是螺旋桨直接跟空气作用而获得反作用力的 答案 2 公园里的湖面上有一条小船静止 一人站在船头 现在人开始走向船尾 则小船会沿船头方向前进 解析 人和船组成的系统动量守恒 开始时总动量为零 人向后走 船就会向前走 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 生活中常见的有关反冲运动的现象多吗 试举出几个例子 答案 生活中的反冲现象很多 如 1 放冲天炮时 就是火药的反冲作用使它向天上飞的 2 用软的水管浇水时 当水放得很大时 水管头部就有向后的力 这是水的反冲作用 3 拿着高压水管刷车的时候你会发现有很大的力推你 这个力是液体 水 的反冲所致 探究一 探究二 对反冲运动的理解问题导引大炮的炮身总是做得很重或者是固定在炮台上 这是为什么 要点提示 大炮发射时 高温高压的燃气把炮弹高速推出 由于反冲作用 炮身向后运动 这不但容易造成伤害 也会使炮弹命中率降低 炮身做得很重 或固定在炮台上 可降低反冲作用的影响 探究一 探究二 名师精讲1 反冲运动的三个特点 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 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 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的总动能增加 探究一 探究二 2 反冲运动的处理方法 1 反冲运动过程中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分析解决问题 2 反冲运动过程中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分析解决问题 3 反冲运动过程中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 可以在该方向上用动量守恒分析解决问题 探究一 探究二 3 讨论反冲运动应注意的三个问题 1 速度的方向性 对于原来静止的整体 当被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 则反方向的这一部分的速度就要取负值 2 速度的相对性 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 但是动量守恒定律中要求速度是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 再列动量守恒方程 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 探究一 探究二 反冲运动过程中系统动量守恒 列动量守恒式的时候速度必须是相对同一参考系的 探究一 探究二 典例剖析 例题1 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 相对地面 设火箭质量m0 300kg 发动机每秒喷气20次 当第三次气体喷出后 火箭的速度多大 思考问题 1 发动机每次喷出气体后火箭的速度都会发生变化吗 提示 每次喷出气体后火箭的速度都会增加一些 需要逐次求出速度 一步一步去解题 2 为简化步骤 本题能将三次喷气当成一次去列式求解吗 提示 由于每次喷气相对地面的速度是相同的 因此可选整体为研究对象 运用动量守恒来求解 探究一 探究二 解析 解法一 喷出气体运动方向与火箭运动方向相反 系统动量可认为守恒 答案 2m s 探究一 探究二 归纳总结 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为同一参考系 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 探究一 探究二 变式训练1一质量为m0的航天器远离太阳和行星 正以速度v0在太空中飞行 某一时刻航天器接到加速的指令后 发动机瞬间向后喷出质量为m的气体 气体向后喷出的速度大小为v1 求加速后航天器的速度大小为 v0 v1均为相对同一参考系的速度 探究一 探究二 反冲运动的典型应用 人船模型问题导引如图所示 长为l 质量为m0的小船停在静水中 一个质量为m的人立在船头 若不计水的阻力 当人从船头走到船尾的过程中 船和人相对地面的位移各是多少 探究一 探究二 探究一 探究二 名师精讲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m1v1 m2v2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 探究一 探究二 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 人船模型 问题中 两物体的运动特点是 人 走 船 行 人 停 船 停 探究一 探究二 典例剖析 例题2 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m0 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 思考问题 1 选人船系统为研究对象 那么如何作出人在船上行走时的过程示意图呢 提示 2 人从船头走到船尾的过程中 系统动量守恒吗 提示 系统动量守恒 人起步前系统的总动量为0 当人加速前进时 船加速后退 人停下来 船也停下来 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 变式训练2载人气球静止于高h的空中 气球的质量为m0 人的质量为m 若人沿绳梯滑至地面 则绳梯至少为多长 1 2 3 1 反冲现象的应用 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喷出 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 空气膨胀推动火箭解析 火箭工作的原理是利用反冲运动 是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时 使火箭获得反冲速度 与周围的空气无关 故答案为b选项 答案 b 1 2 3 2 人船模型的理解 如图所示 一光滑地面上有一质量为m0的足够长的木板ab 一质量为m的人站在木板的a端 关于人由静止开始运动到木板的b端 m n表示地面上原a b对应的点 下列图示正确的是 1 2 3 解析 根据动量守恒定律 m