高中物理 第16章 第5節(jié) 反沖運(yùn)動 火箭課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十六章動量守恒定律 第5節(jié)反沖運(yùn)動火箭 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究 認(rèn)識反沖運(yùn)動 能舉出幾個(gè)反沖運(yùn)動的實(shí)例 2 結(jié)合動量守恒定律對反沖現(xiàn)象做出解釋 進(jìn)一步提高運(yùn)用動量守恒定律分析和解決實(shí)際問題的能力 3 知道火箭的飛行原理和主要用途 了解我國的航空 航天事業(yè)的巨大成就 激發(fā)學(xué)生熱愛祖國的情感 欄目鏈接 1 現(xiàn)象 一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分 一部分向某個(gè)方向運(yùn)動 另一部分必然向相反方向運(yùn)動 這個(gè)現(xiàn)象叫作反沖運(yùn)動 例如 原來靜止的大炮 向前發(fā)射炮彈后 炮身就要后退 發(fā)射火箭時(shí) 火箭向下高速噴射氣體 使火箭獲得向上的速度 欄目鏈接 2 反沖運(yùn)動遵循的規(guī)律 反沖運(yùn)動是系統(tǒng)內(nèi)力作用的結(jié)果 雖然有時(shí)系統(tǒng)所受的合外力不為零 但由于系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力 所以系統(tǒng)的總動量是守恒的 3 反沖運(yùn)動的應(yīng)用實(shí)例 1 利用有益的反沖運(yùn)動 反擊式水輪機(jī)是使水從轉(zhuǎn)輪的葉片中流出 使轉(zhuǎn)輪由于反沖而旋轉(zhuǎn) 從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電 噴氣式飛機(jī)是靠噴出的氣流的反沖作用而獲得巨大的速度的 等等 欄目鏈接 2 避免有害的反沖運(yùn)動 射擊時(shí) 子彈向前飛去 槍身向后發(fā)生反沖 這就會影響射擊的準(zhǔn)確性等 4 在討論反沖運(yùn)動問題時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 速度的反向性 對于原來靜止的整體 拋出部分具有速度時(shí) 剩余部分的反沖是相對于拋出部分來說的 兩者運(yùn)動方向必然相反 在列動量守恒方程時(shí) 可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動方向?yàn)檎较?則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值 質(zhì)量為M的物體以對地速度v拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體 研究剩余部分 M m 對地反沖速度時(shí) 設(shè)v的方向?yàn)檎?列出的方程式為mv M m v 0 嘗試應(yīng)用1 2014 重慶卷 一炮彈在飛行到距離地面5m高時(shí)僅有水平速度v 2m s 爆炸成為甲 乙兩塊水平飛出 甲 乙的質(zhì)量比為3 1 不計(jì)質(zhì)量損失 取重力加速度g 10 則下列圖中兩塊彈片飛行的軌跡可能正確的是 分析 炮彈到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)爆炸時(shí) 爆炸的內(nèi)力遠(yuǎn)大于重力 外力 遵守動量守恒定律 當(dāng)炮彈到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)爆炸為沿水平方向運(yùn)動的兩片 兩塊彈片都做平拋運(yùn)動 根據(jù)平拋運(yùn)動的基本公式即可解題 解析 規(guī)定向左為正 設(shè)炮彈的質(zhì)量為4m 則甲的質(zhì)量為3m 乙的質(zhì)量為m 炮彈到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)爆炸時(shí) 爆炸的內(nèi)力遠(yuǎn)大于重力 外力 遵守動量守恒定律 則有 4mv0 3mv1 mv2 則 8 3v1 v2 兩塊彈片都做平拋運(yùn)動 高度一樣 則運(yùn)動時(shí)間相等 欄目鏈接 1 火箭 現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力向前推進(jìn)的飛行器 2 火箭的工作原理 動量守恒定律 當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時(shí) 從尾部噴出的氣體具有很大的動量 根據(jù)動量守恒定律 火箭獲得大小相同 方向相反的動量 因連續(xù)的反沖現(xiàn)象 隨著推進(jìn)劑的消耗 火箭的質(zhì)量逐漸減小 速度不斷增大 當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時(shí) 火箭則以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行 3 火箭飛行能達(dá)到的最大飛行速度 主要決定于兩個(gè)因素 1 噴氣速度 現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2 5km s 提高到3 4km s需很高的技術(shù)水平 2 質(zhì)量比 火箭開始飛行的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比 現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過10 4 現(xiàn)代火箭的主要用途 利用火箭作為運(yùn)載工具 例如發(fā)射探測儀器 常規(guī)彈頭和核彈頭 人造衛(wèi)星和宇宙飛船 5 我國的火箭技術(shù)已跨入了世界先進(jìn)行列 欄目鏈接 嘗試應(yīng)用2 總質(zhì)量為M的火箭被飛機(jī)釋放時(shí)的速度為v0 方向水平 釋放后火箭立即向后以相對于地面的速率u噴出質(zhì)量為m的燃?xì)?則火箭相對于地面的速度變?yōu)槎嗌?欄目鏈接 分析 對火箭和氣體系統(tǒng)為研究對象 在水平方向上運(yùn)用動量守恒定律 求出噴氣后火箭相對于地面的速度 解析 以火箭飛行的方向?yàn)檎较?火箭被飛機(jī)釋放后火箭噴出燃?xì)馇昂笏查g 根據(jù)動量守恒定律得 Mv0 M m v mu 如圖所示 自行火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M 當(dāng)炮管水平 火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中 發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后 自行火炮的速度變?yōu)関2 仍向右行駛 則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為 欄目鏈接 審題指導(dǎo) 1 對艇和炮彈組成的系統(tǒng) 由于不受阻力作用 系統(tǒng)所受合外力為0 開炮過程中動量守恒 需要注意開炮后艇的質(zhì)量在減少 欄目鏈接 欄目鏈接 答案 B 點(diǎn)評 此題考查動量守恒定律在反沖運(yùn)動中的應(yīng)用 選項(xiàng)A錯(cuò)在將v0當(dāng)做炮彈對地的速度 選項(xiàng)C錯(cuò)在求合速度 即將炮彈對地速度錯(cuò)為v0 v2 對于選項(xiàng)D 由于v0是發(fā)射結(jié)束時(shí)刻的速度 而v1則是發(fā)射前時(shí)刻的速度 不同時(shí)刻的速率是不能合成的 而選項(xiàng)D恰好錯(cuò)在將不同時(shí)刻的兩個(gè)分速度合成為v0 v1 另外還需要注意過程前后物體質(zhì)量與速度的對應(yīng) 防止混亂 這些都是解這類題時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤 應(yīng)引起高度的重視 欄目鏈接 變式訓(xùn)練1 一小型火箭在高空繞地球做勻速圓周運(yùn)動 若其沿運(yùn)動方向的相反方向射出一物體P 不計(jì)空氣阻力 則 A A 火箭一定離開原來軌道運(yùn)動B P一定離開原來軌道運(yùn)動C 火箭運(yùn)動半徑可能不變D P運(yùn)動半徑一定減小解析 火箭噴出物體P后 由反沖原理知火箭速度變大 所需向心力變大 從而火箭做離心運(yùn)動離開原來軌道 半徑增大 物體P的速率可能比火箭原來的速率大 也可能比火箭原來的速率小或相等 所以P不一定離開原來的軌道 選項(xiàng)A正確 如圖所示 長為L 質(zhì)量為m船的小船停在靜水中 質(zhì)量為m人的人由靜止開始從船頭走到船尾 不計(jì)水的阻力 求船和人相對地面的位移各為多少 審題指導(dǎo) 1 以人和船組成的系統(tǒng)為研究對象 在人由船頭走到船尾的過程中 系統(tǒng)水平方向不受外力作用 所以整個(gè)系統(tǒng)水平方向動量守恒0 欄目鏈接 2 當(dāng)人起步加速前進(jìn)時(shí) 船同時(shí)向后做加速運(yùn)動 人勻速運(yùn)動 則船勻速運(yùn)動 當(dāng)人停下來時(shí) 船也停下來 解析 設(shè)某時(shí)刻人對地的速度為v人 船對地的速度為v船 取人前進(jìn)的方向?yàn)檎较?根據(jù)動量守恒定律有 m人v人 m船v船 0 即v船 v人 m人 m船 因?yàn)槿擞纱^走到船尾的過程中 每一時(shí)刻都滿足動量守恒定律 所以每一時(shí)刻人的速度與船的速度之比 都與它們的質(zhì)量之比成反比 因此人由船頭走到船尾的過程中 人的平均速度與船的平均速度也與它們的質(zhì)量成反比 由圖可以看出 s船 s人 L 欄目鏈接 而人的位移s人 v人t 船的位移s船 v船t 所以船的位移與人的位移也與它們的質(zhì)量成反比 即 s船 s人 m人 m船 欄目鏈接 點(diǎn)評 式是 人船模型 的位移與質(zhì)量的關(guān)系 此式的適用條件 原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的系統(tǒng) 在系統(tǒng)發(fā)生相對運(yùn)動的過程中 某一個(gè)方向的動量守恒 此模型可進(jìn)一步推廣到其他類似的情景中 進(jìn)而能解決大量的實(shí)際問題 例如人沿著靜止在空中的熱氣球下面的軟梯滑下或攀上 求熱氣球上升或下降高度的問題 小球沿放在光滑水平地面上的弧形槽滑下 求弧形槽移動距離的問題等 變式訓(xùn)練2 質(zhì)量為m 半徑為R的小球 放在半徑為2R 質(zhì)量為M的大空心球內(nèi) 大球開始靜止在光滑水平面上 如圖所示 當(dāng)小球從圖中所示位置無初速度地沿內(nèi)壁滾到最低點(diǎn)時(shí) 大球移動的距離為多大 解析 小球與大球組成的系統(tǒng)水平方向不受力的作用 系統(tǒng)水平動量守恒 因此小球向右滾動 大球向左滾動 在滾動過程中 設(shè)小球向右移動的水平距離為s1 大球向左移動的水平距離為s2 兩者移動的總長度為R 因此有ms1 Ms2 0而s1 s2 R 運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后 火箭做加速運(yùn)動的原因是 A 燃料推動空氣 空氣的反作用力推動火箭B 火箭發(fā)動機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后迅速噴出 氣體的反作用力推動火箭C 火箭吸入空氣 然后向后排出 空氣對火箭的反作用力推動火箭D 火箭燃料燃燒發(fā)熱 加熱周圍空氣 空氣膨脹推動火箭 審題指導(dǎo) 1 反沖運(yùn)動初狀態(tài)系統(tǒng)的總動量一般為零 由此可知箭體與燃料燃燒產(chǎn)生的氣體速度方向應(yīng)該相反 2 根據(jù)反沖運(yùn)動的定義分析 應(yīng)特別注意 空氣的反作用力并沒有直接作用于火箭 而是作用于被噴出的氣體 解析 火箭的工作原理是利用反沖運(yùn)動 是火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵鰰r(shí) 使火箭獲得反沖速度 故正確答案為B 答案 B點(diǎn)評 本題考查了火箭的工作原理 要注意與火箭發(fā)生相互作用的是火箭噴出的燃?xì)?不是外界的空氣 而與帶螺旋槳的直升機(jī)發(fā)生相互作用的才是空氣 應(yīng)注意兩者的區(qū)別 變式訓(xùn)練3 火箭發(fā)動機(jī)每次噴出m0 200g的氣體 噴出的氣體相對于地面的速度為v 1000m s 設(shè)火箭的初質(zhì)量M 300kg 發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次 在不考慮地球引力及空氣阻力的情況下 火箭在1s末的速度為多大