反冲现象火箭

·课件编辑说明·高中物理选择性必修第一册RJ浙江省6反冲现象火箭1.通过实验认识反冲运动,能举出反冲运动的实例,知道火箭的发射是反冲现象.2.能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出解释.3.了解我国航天事业的巨大成就,增强对我国科学技术发展的自信.本节通过生产生活中的现象介绍反冲运动,通过演示实验加深学生对反冲现象的认识和理解,最后介绍火箭的飞行原理,体现了物理与生活和科技的紧密联系.通过本节的学习,促进学生运动与相互作用观的进一步发展,学会定性分析生产生活中的实际问题.依据教材“思考与讨论”栏目的设计,引导学生根据动量守恒定律,完成对人的速度变化量的推导.在此基础上定量分析火箭的速度.教材在“科学漫步”中介绍“三级火箭”的内容,既是对火箭知识的拓展,又进一步介绍我国在航天事业中的成就,有利于激发学生的爱国热情.新课程标准学业质量水平

1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用

2.掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题的方法

3.了解反冲运动在航空航天中的应用

1.能应用动量守恒定律解决反冲运动问题

2.会应用动量定理、动量守恒定律计算火箭发射类问题学习任务一:反冲[教材链接]

阅读教材第24页,填写反冲的相关知识(1)定义:一个静止的物体在

的作用下分裂为两部分,一部分向某一方向运动,另一部分必然向

方向运动的现象.

(2)特点:①物体的不同部分在

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

来处理.

内力相反内力动量守恒定律例1

如图所示,小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精灯,水蒸气将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动.已知小车的总质量M=3kg,水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1kg.(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度大小为v=2.9m/s,求小车的反冲速度;(2)若橡皮塞喷出时速度大小仍为v=2.9m/s,方向与水平方向成60°角,小车的反冲速度又如何?(小车一直在水平方向运动)[答案](1)0.1m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反(2)0.05m/s,方向与橡皮塞水平分速度的方向相反学习任务一:反冲[解析](1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零,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解得v'=-0.1m/s负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反.(2)小车和橡皮塞组成的系统在水平方向上动量守恒.以橡皮塞水平分速度的方向为正方向,有mvcos60°+(M-m)v″=0解得v″=-0.05m/s负号表示小车运动方向与橡皮塞水平分速度的方向相反.学习任务一:反冲

B

学习任务一:反冲1.反冲的特点运动方向相反

物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动机械能增加

反冲中,由于有其他形式的能转化为机械能,所以系统的机械能增加动量守恒

反冲运动中,相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力,所以可以用动量守恒定律(或在某一方向上应用动量守恒定律)来处理

学习任务一:反冲2.讨论反冲应注意的问题位移的忽略性

时间极短,位移为零速度的方向性

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速度的相对性

在一些反冲运动的题目中,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惯性参考系的速度(通常为对地的速度),因此应先将相对速度转换成对同一惯性参考系的速度(通常为对地的速度),再列动量守恒定律方程学习任务一:反冲[教材链接]

阅读教材第25页,填写火箭的相关知识(1)工作原理:利用

的原理,则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

.

(2)影响火箭获得速度大小的因素①喷气速度:现代火箭的喷气速度为2000~5000m/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

,则火箭获得的速度越大.

学习任务二:火箭原理反冲速度越大越大例2

在太空中,一火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,气体离开发动机时的速度v=1000m/s(相对地面),已知火箭质量M=300kg,发动机每秒喷气20次.当第三次气体喷出后,火箭的速度为多大?[答案]2m/s学习任务二:火箭原理

学习任务二:火箭原理

学习任务二:火箭原理变式

课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动.假如喷出的水流流量保持为2×10-4m3/s,喷出速度保持为对地10m/s,启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少?(已知火箭沿水平轨道运动,阻力不计,水的密度是1×103kg/m3)

学习任务二:火箭原理例3

一个宇航员连同装备的总质量为100kg,在空间跟飞船相距45m处相对飞船处于静止状态,他带有一个装有0.5kg氧气的贮氧筒,贮氧筒上有一个可以使氧气相对飞船以50m/s的速度喷出的喷嘴.宇航员必须向着与返回飞船方向相反的方向释放氧气才能回到飞船上,同时又必须保留一部分氧气供他在返回飞船的途中呼吸,已知宇航员呼吸的耗氧率为2.5×10-4kg/s,试问瞬间喷出多少氧气,宇航员才能安全返回飞船?[答案]0.05kg≤m≤0.45kg学习任务二:火箭原理

学习任务二:火箭原理

学习任务二:火箭原理3.在反冲运动中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(包括剩余燃料)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.学习任务二:火箭原理“人船模型”问题1.“人船模型”问题是利用动量守恒求解的一类问题.适用条件是:(1)系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量为零;(2)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).注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.在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.

C

C

变式2

[2021·山东泰安一中月考]如图所示,一个质量为m1=50kg的人抓在一只大气球下方,气球下面有一根长绳.气球和长绳的总质量为m2=20kg,长绳的下端刚好和水平地面接触,静止时人离地面的高度为h=5m(可以把人看作质点).如果这个人开始沿绳向下滑,当他滑到绳下端时,他离地的高度是(

)A.5m B.3.6mC.2.6m D.8mB

BC

2.如图所示,在沙堆表面放置一长方形木块A,其上面再放一个质量为0.10kg的爆竹B,木块质量为5kg.当爆竹爆炸时,因反冲作用使木块陷入沙中5cm,而木块所受的平均阻力为58N.若爆竹的火药质量和空气阻力可忽略不计,g取10m/s2,求爆竹能上升的最大高度.[答案]20m

3.在光滑的水平面上停放一辆平板车,一小孩站在平板车的最左端,小孩和平板车的总质量为M,某时刻小孩将一质量为m的物体沿水平向右的方向抛出,经过一段时间,物体落在平板车上,此时物体和平板车立即相对静止.已知物体的落点距离小孩的水平间距为x=4m,物体的抛出点距离平板车上表面的高度为h=1.25m,M=19m.若整个过程中小孩与平板车始终保持相对静止,重力加速度g取10m/s2,则小孩抛出物体的瞬间,平板车的速度应为多大?[答案]0.4m/s

1.(反冲)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.火箭燃料燃烧放热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭B[解析]

火箭是利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出使火箭获得反冲速度,故选项B正确.2.(火箭原理)(多选)下列措施中有利于增加火箭的飞行速度的是 (

)A.使喷出的气体速度更大B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大D.使喷出的气体密度更小AC

3.(火箭问题)将质量为1.00kg的模型火箭点火升空,50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出(喷出过程中重力和空气阻力可忽略).在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为 (

)A.30kg·m/s B