《反冲现象 火箭》课件

第一章动量守恒定律6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．掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题3．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知识导图课前·自主预习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__________．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．反冲运动相反反冲

动量守恒同样大小

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________．m1v1

相等相反反比

＋m2v2

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．课堂·重难探究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．人船模型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．(2)特点．①两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0.③应用此关系时要注意一个问题：即公式中v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的．对人船模型的理解例1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 (

)A．只有蜗牛运动，滑块不运动D．滑块与蜗牛运动的距离之和为L【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；变式1我国自行研制的“歼－15”战斗机以速度v0水平向东飞行，到达目的地时，将总质量为M的导弹自由释放的瞬间，导弹向西喷出质量为m、对地速率为v1的燃气，则喷气后导弹的速率为 (

)【答案】A

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．1．火箭的速度火箭问题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的速度，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．火箭问题例2某校课外科技小组制作了一枚“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1.0×103kg/m3.【答案】4m/s

【解析】“水火箭”喷出水流做反冲运动，设火箭原来总质量为m，喷出水流的流量为Q，水的密度为ρ，水流的喷出速度为v，火箭的反冲速度为v′，由动量守恒定律得(m－ρQt)v′＝ρQtv，火箭启动后2s末的速度为变式2

(多选)质量为m的人在质量为M的小车上从左端走到右端，如图所示，当车与地面摩擦不计时，那么 (

)A．人在车上行走，若人相对车突然停止，则车也突然停止B．人在车上行走的平均速度越大，则车在地面上移动的距离也越大C．人在车上行走的平均速度越小，则车在地面上移动的距离就越大D．不管人以什么样的平均速度行走，车在地面上移动的距离相同【答案】AD

反冲问题例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．变式3如图所示，装有炮弹的火炮总质量为m1，炮弹的质量为m2，炮弹射出炮口时对地的速率为v0，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为(设水平面光滑) (

)【答案】C

爆炸问题例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，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，D错误．变式4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．核心素养应用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