《反冲现象-火箭》课件

《反冲现象火箭》学习目标学法指导1．了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用2．知道反冲运动的原理3．掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题4．了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素1．通过观察反冲现象，寻找它们的共同规律，培养观察能力和发现问题的能力2．进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力3．了解我国的航空、航天事业的巨大成就和当前的航空、航天计划，激发学生热爱祖国的情感4．体会物理知识来源于生活而又应用于生活的特点，提高学习物理的积极性知识导图预习导学|新知领悟1．定义根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向__________的方向运动，这个现象叫作__________．反冲运动相反反冲2．反冲原理反冲运动的基本原理是________定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得____________的动量．3．公式若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的表达式变为0＝____________，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小________、方向________，而它们的速率与质量成________．动量守恒同样大小m1v1＋m2v2

相等相反反比1．反冲运动中，内力做功的代数和是否为零？【答案】不为零．反冲运动中，两部分受到的内力做功的代数和为正值．2．两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5m时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2m，跳到岸上绝对没有问题．于是她纵身一跳，结果却掉到了水里(如图所示)，她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？【答案】这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动量守恒定律．在她向前跳起瞬间，船要向后运动，使其跳出后对地速度变小． (2021届临夏中学期末)如图所示是一种弹射装置，弹丸质量为m，底座质量为3m，开始时均处于静止状态，当弹簧释放将弹丸以相对地面v的速度发射出去后，底座的反冲速度大小是 (

)【答案】C

1．原理火箭的飞行应用了________的原理，靠喷出气流的________作用来获得巨大速度．2．影响火箭获得速度大小的因素一是____________，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度________，质量比________，火箭获得的速度越大．火箭反冲反冲喷气速度越大越大假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？【答案】应配置喷气式飞机．喷气式飞机利用反冲运动原理，可以在真空中飞行，而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行．

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．在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略) (

)A．30kg·m/s

B．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/s

D．6.3×102kg·m/s【答案】A

【解析】燃气从火箭喷口喷出的瞬间，火箭和燃气组成的系统动量守恒，设燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为p，根据动量守恒定律，可得p－mv0＝0，解得p＝mv0＝0.050kg×600m/s＝30kg·m/s，A正确．多维课堂|素养初培如图所示，为一条约为180kg的小船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，不计水的阻力．人船模型问题(1)小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？(2)当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？(3)当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？【答案】(1)摩擦力．向左运动，即与人行走的方向相反．(2)不运动．小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零．(3)不可能．由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向一定相反，不可能向同一个方向运动，且人、船位移比等于人、船质量的反比．1．反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果．(2)条件：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零．②内力远大于外力．③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零．(3)反冲运动遵循动量守恒定律．探究总结2．反冲运动的特点(1)速度的反向．对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．(2)速度的相对性．一般都指对地速度．3．“人船模型”问题(1)定义．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．素养点评：本探究通过对人船模型的分析，培养“科学思维”素养．对人船模型的理解精练1

(2021届绵阳南山中学调研)某同学想用气垫导轨模拟“人船模型”．该同学到实验室里，将一质量为M、长为L的滑块置于水平气垫导轨上(不计摩擦)并接通电源．该同学又找来一个质量为m的蜗牛置于滑块的一端，在食物的诱惑下，蜗牛从该端移动到另一端．下面说法正确的是

(

)【答案】D

【解析】蜗牛从滑块的一端移动到另一端的过程中，蜗牛和滑块组成的系统合外力为零，系统的动量守恒，系统原来静止状态，总动量为零，根据动量守恒定律可知，蜗牛运动后，系统的总动量仍为零，所以蜗牛运动时，滑块会向相反的方向运动，而不会不动，A错误；取滑块的运动方向为正，蜗牛从滑块的一端移动到另一端时，滑块与蜗牛运动的位移之和为L.变式1有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重1吨左右)，一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而且轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L.已知他身体的质量为m，则小船的质量为多少？

解决“人船模型”应注意两点1．适用条件：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)．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．如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作．火箭问题问题(1)火箭点火后能加速上升的动力是什么力？(2)要提升运载物的最大速度可采用什么措施？【答案】(1)燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升．(2)提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳．探究总结2．决定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比两个因素．3．多级火箭由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9km/s，实际火箭为多级．多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求．素养点评：本探究通过火箭的分析，培养“科学思维”素养．火箭问题精练2某校课外科技小组制作了一只“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，喷出速度保持水平且对地为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103kg/m3．【答案】4m/s

变式2

(多选)(2021届鄂东南省级示范高中联考)“世界上第一个想利用火箭飞行的人”是明朝的士大夫万户．他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆．假设万户及所携设备[火箭(含燃料)、椅子、风筝等]总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的炽热燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出．忽略此过程中空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法中正确的是 (

)A．火箭的推力来源于燃气对它的反作用力【答案】AB

反冲问题精练3如图所示，质量为M的密闭汽缸置于光滑水平面上，缸内有一隔板P，隔板右边是真空，隔板左边是质量为m的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运动情况是 (

)A．保持静止不动B．向左移动一定距离后恢复静止C．最终向左做匀速直线运动D．先向左移动，后向右移动回到原来位置【答案】B

【解析】突然撤去隔板，气体向右运动，汽缸做反冲运动，当气体充满整个汽缸时，它们之间的相互作用结束．由动量守恒定律可知，开始时系统的总动量为零，结束时总动量必为零，汽缸和气体都将停止运动，B正确．【答案】C

爆炸问题精练4向空中发射一物体，不计空气阻力．当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向，则

(

)A．b的速度方向一定与初速度方向相反B．从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C．a、b一定同时到达水平地面D．在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的冲量大小不一定相等【答案】C

【解析】爆炸后系统的总机械能增加，但不能确定a、b两块的速度大小，所以选项A、B不能确定；因炸开后两者都做平抛运动，且高度相同，故下落时间相同，选项C正确；由牛顿第三定律知a、b受到的爆炸力大小相等，作用时间也相同，故a、b受到的爆炸力的冲量大小相等，选项D错误．变式4

(2020年菏泽期中)如图所示，一枚手榴弹在空中竖直下落，一段时间后爆炸成a、b两块，又过了一段时间，a、b两块同时落到水平地面上，其中a飞行的水平距离OA是b飞行的水平距离OB的2倍，忽略空气阻力，则a、b两块在爆炸前后

(

)A．动量增加量之比是1∶2B．动量增加量之比是2∶1C．动能增加量之比是1∶2D．动能增加量之比是2∶1【答案】D

火箭类问题的三点提醒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．核心素养微专题西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心(英文名称：XichangSatelliteLaunchCenter，简称XSLC，又称“西昌卫星城”)，是中国卫星发射基地，始建于1970年，1982年交付使用，位于四川省凉山彝族自治州冕宁县．自1984年1月发射中国第一颗通信卫星以来，到2016年11月22日用“长征三号”丙运载火箭成功将“天链一号”04星送入预定轨道，西昌卫星发射中心发射活动已突破100次．中心由总部、发射场(技术区和两个发射工位)、通信总站、指挥控制中心和三个跟踪测量站，以及其他一些相关的生活保障单位组成，其中发射场的坐标位置为东经102度、北纬28.2度．主要担负广播、通信和气象等地球同步轨道(GEO)卫星发射的组织指挥、测试发射、主动段测量、安全控制、数据处理、信息传递、气象保障、残骸回收、试验技术研究等任务，是中国目前对外开放的规模最大、设备技术最先进、承揽卫星发射任务最多、具备发射多型号卫星能力的新型航天器发射场．【考题延伸】如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前端卫星的质量为m1，后端箭体的质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为 (

)【答案】D

素养点评：本题通过动量守恒分析火箭问题，培养学生的“科学态度与责任”素养．课堂小练|素养达成1．(2021届盐城新丰中学期中)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，空气反作用力推动火箭B．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭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【答案】D

【解析】火箭的工作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，气体的反作用力使火箭获得反冲速度，故A、B、C错误，D正确．3．一辆拉水车上有两个贮水箱，刚开始前面的水箱有水，后面的水箱无水，若把水从前面的水箱抽到后面的水箱中，假设水车停在光滑水平面上，则抽完水后，水车与原来的位置相比较 (

)A．水车向前进了一段距离B．水车向后退了一段距离C．水车仍在原来位置D．无法确定水车的位置【答案】A

【解析】水和水车(包括水箱)在水从前面水箱抽到后面水箱的过程中所组成的系统动量守恒，由于水向后发生一段位移，所以车向前发生一段位移，A正确．4．一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后发射一发炮弹，设两炮弹质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是 (

)A．动量不变，速度增大 B．动量变小，速度不变C．动量增大，速度增大 D．动量增大，速度减小【答案】A

【解析】整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变，又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大，A正确．问题一反冲运动及应用[情境探究]草坪灌溉用的自动旋转喷水器原理图如图所示,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管自动旋转,大大增加了喷水的面积,请说明原理。要点提示

当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,水给弯管一个反作用力,弯管在这个反作用力下实现自动旋转。[知识归纳]1.反冲运动的特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。(2)在反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理。(3)在反冲运动中,一般有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加。2.反冲运动的应用与防止(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;喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。(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。3.处理反冲运动应注意的问题(1)速度的方向对于原来静止的整体,两部分的运动方向必然相反。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,则反方向的速度应取负值。(2)相对速度问题在反冲运动中,有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度,再列动量守恒定律方程。(3)变质量问题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。[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?方法2:由于每次喷气速度一样,可选整体为研究对象,用动量守恒来求解,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,根据动量守恒可得(m0-3m)v3-3mv=0,解得答案

2m/s要点笔记

反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力非常大,一般都满足内力远大于外力,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。变式训练1如图所示,自动火炮连同炮弹的总质量为M,炮管水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶,发射一枚质量为m的炮弹后,自动火炮的速度变为v2,仍向右行驶,则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(

)解析

炮弹相对地的速度为v0+v2。由动量守恒定律得Mv1=(M-m)v2+m(v0+v2),得答案

B问题二反冲运动的典型应用——人船模型[情境探究]人在漂浮在水面上的小船上行走,小船同时向相反的方向运动,把这个情景抽象成模型,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大?要点提示

选人和船组成的系统为研究对象,由于人从船头走到船尾的过程中,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,人停下时,船也停下来。设某一时刻人的速度为vm,船的速度为vm0,根据动量守恒定律有mvm-m0vm0=0,即因为在人从船头走到船尾的整个过程中,每一时刻系统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,从而可以判断,在人从船头走到船尾的过程中,人的位移xm与船的位移xm0之比,也应与它们的质量之比成反比,即由图可以看出xm+xm0=l。上面各式是人船模型中的关系式。[知识归纳]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,确定两物体的速度关系,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,即m1v1=m2v2(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,即,进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比,即m1x1=m2x2。(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,构建物体对地位移与相对位移的关系方程。(3)适用条件:①系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量守恒且为0。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,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。要点笔记

人船模型问题中,两物体的运动特点是人走船行、人停船停、人快船快、人慢船慢。[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。答案

1m规律方法

人船模型的规律(1)人走船走,人停船停。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?解析

气球和人原来静止在空中,说明系统所受合外力为零,故系统在人下滑过程中动量守恒,人着地时绳梯至少应接触地面,设绳梯长为l,人沿绳梯滑至地面人的位移为x人,气球的位移为x球,它们的位移关系如图所示,由动量守恒有0=m0x球-mx人,又有x球+x人=l,x人=h,