物理选修沪科版13动量守恒定律的案例分析-反冲现象教学设计

1、1.3 动量守恒定律案例分析反冲运动【学习目标】1.进一步理解动量守恒定律的含义，并应用动量守恒定律解决问题。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“人船模型”的运动特点，火箭的工作原理【教学过程】引入：相信大家在电视上都见过神州飞船的发射， 点火后，高温高压燃气从飞船尾部管迅速向下喷出， 飞船就像空中飞去； 吹饱的气球松手后喷出气体， 同时向相反方向飞去； 结合以上事例并思考： 什么是反冲运动？反冲运动过程中物体的受力如何？系统的动量有何变化？答案（ 1）物体系统内的两个部分分别向两个相反的方向运动。(2) 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

2、运动(3)系统中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，可认为动量守恒一、反冲运动1定义：物体系统的一部分向某方向运动，而其余部分向相反方向运动的现象叫做反冲2反冲运动的特点：是物体间作用力与反作用力产生的效果3反冲运动的条件(1) 系统不受外力或所受合外力为零(2) 内力远大于外力(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：动量守恒定律练习：判断正误(1) 反冲运动可以用动量守恒定律来处理 ( )(2) 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( )(3) 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( )（ 4）神州飞船的运动是利用了反冲的原理。（

3、 )二、火箭的工作原理例 1：一火箭喷气发动机每次喷出质量为m200 g 的气体，气体离开发动机时速度为 v 1 000 m/s ，火箭质量为M 300 kg ，发动机每秒喷气20 次，在不考虑地球引力及空气阻力作用的情况下，火箭发动机1s 末的速度是多大？解析：在不考虑地球引力及空气阻力作用的情况下，火箭与气体组成的系统动量第 1页守恒。以火箭和它在1s 内喷出的气体为研究对象。设火箭1s 末的速度为 v ,1s内喷出质量为 20m的气体，以火箭前进的方向为正方向。由动量守恒定律得解得 v20mv200.21000 m13.5 mM 20m300200.2 ss即火箭发动机 1s 末的速度大

4、小是 13.5 m。s总结：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，火箭就向空中飞去三、“人船模型”“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：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 ) 例 2：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？图 2解析设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1 、v2

5、，作用前都静止因整个过程中动量守恒，所以有mv1Mv2设整个过程中的平均速度大小分别为v1 、 v2 ，则有mv1 Mv2两边乘以时间 t 有 mv1 t Mv2 t ，即 ms1 Ms2且 s1s2 L，可求出Mms1 m M L，s2 mM L.【总结】：反冲运动的应用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第 2页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【练习】1如图 1 所示，质量为 M的小船在静止水面上以速率v0 向右匀速行驶，一质量为 m的救生员站在船尾， 相对小船静止 若救生员以相对水面速率 v 水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为 ()图 1mmAv0 vv0 vMBMCmv)m v)v0 ( v0Dv0 ( v0MM答案C解析小船和救生员组成的系统满足动量守恒：( Mm) v0 m( v) Mvm解得 v v0 ( v0v)M故 C 项正确， A、B、D项均错误2如图 2 所示，一个质量为m的玩具蛙，蹲在质量为M的小车的细杆上，小车放在光滑的水平桌面上，若车长为L，细杆高为 h 且位于小车的中点，要玩具蛙从杆上水平跳出后落到桌面上，它跳离杆的水平速度至少为多少？图 2答案LMg2 mM2hht 2解