高中物理 第16章 動量守恒定律 5 反沖運(yùn)動、火箭課件 新人教版選修3-5.ppt

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5 反沖運(yùn)動 火箭,情 景 導(dǎo) 入,我國宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲),箭竿上扎一個火藥筒,火藥筒的前端是封閉的,火藥點(diǎn)燃后火箭由于反沖向前運(yùn)動。現(xiàn)代火箭,原理與古代火箭相同(如圖乙)。你知道我國“長征”號系列火箭是怎樣先后將“神舟”號系列載人飛船送上太空的嗎?,思 維 導(dǎo) 圖,一,二,填一填,一、反沖運(yùn)動(見課本第22頁) 1.定義:如果一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分,一部分向某個方向運(yùn)動,另一部分必然向相反的方向運(yùn)動。這個現(xiàn)象叫作反沖。 2.特點(diǎn):(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反的方向運(yùn)動。(2)反沖運(yùn)動中,相互作用力一般較大,通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚?。 3.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止 (1)應(yīng)用:農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時,一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)。 (2)防止:用槍射擊時,由于槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性,所以用步槍射擊時要把槍身抵在肩部,以減少反沖的影響。,一,二,填一填,二、火箭(見課本第23頁) 1.工作原理:利用反沖運(yùn)動,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,使火箭獲得巨大的速度。 2.影響火箭獲得速度大小的因素 (1)噴氣速度:現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2 0004 000 m/s。 (2)質(zhì)量比:指火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比。噴氣速度越大,質(zhì)量比越大,火箭獲得的速度越大。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一對反沖運(yùn)動的進(jìn)一步理解 射擊運(yùn)動員在射擊比賽時,總是把槍托抵在自己的肩上,這是為什么?,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.反沖運(yùn)動的三個特點(diǎn) (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動。 (2)反沖運(yùn)動中,相互作用力一般較大,通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚?。 (3)反沖運(yùn)動中,由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,所以系統(tǒng)的總動能增加。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,2.反沖運(yùn)動的處理方法 (1)反沖運(yùn)動過程中系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零,滿足動量守恒的條件,可以用動量守恒定律分析解決問題。 (2)反沖運(yùn)動過程中系統(tǒng)雖然受到外力作用,但內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力,外力可以忽略,也可以用動量守恒定律分析解決問題。 (3)反沖運(yùn)動過程中系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零,系統(tǒng)的動量并不守恒,但系統(tǒng)在某一方向上不受外力或外力在該方向上的分力之和為零,則系統(tǒng)的動量在該方向上的分量保持不變,可以在該方向上用動量守恒分析解決問題。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,3.討論反沖運(yùn)動應(yīng)注意的三個問題 (1)速度的方向性:對于原來靜止的整體,當(dāng)被拋出部分具有速度時,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,可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動方向?yàn)檎较?則反方向的這一部分的速度就要取負(fù)值。 (2)速度的相對性:反沖運(yùn)動的問題中,有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度。但是動量守恒定律中要求速度是對同一參考系的速度(通常為對地的速度)。因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度,再列動量守恒方程。 (3)變質(zhì)量問題:在反沖運(yùn)動中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動,如在火箭的運(yùn)動過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)量不斷減小,此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象,取相互作用的這個過程為研究過程來進(jìn)行研究。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題1】一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m=200 g 的氣體,氣體離開發(fā)動機(jī)噴出時的速度v=1 000 m/s,設(shè)火箭質(zhì)量m0=300 kg,發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次。 (1)當(dāng)?shù)?次氣體噴出后,火箭的速度多大? (2)運(yùn)動第1 s末,火箭的速度多大? 解析:方法一:(1)噴出氣體運(yùn)動方向與火箭運(yùn)動方向相反,系統(tǒng)動量守恒。 (m0-m)v1-mv=0,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練1 一質(zhì)量為m0的航天器遠(yuǎn)離太陽和行星,正以速度v0在太空中飛行,某一時刻航天器接到加速的指令后,發(fā)動機(jī)瞬間向后噴出質(zhì)量為m的氣體,氣體向后噴出的速度大小為v1,求加速后航天器的速度大小為 。(v0、v1均為相對同一參考系的速度) 解析:設(shè)加速后航天器的速度大小為v,由動量守恒定律有m0v0=-mv1+(m0-m)v,解得,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究二反沖運(yùn)動的典型應(yīng)用人船模型,質(zhì)量為m的人站在質(zhì)量為m0、長為L的靜止小船的右端,小船的左端靠在岸邊,如圖所示,當(dāng)他向左走到船的左端時,船左端離岸的距離是多少?,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.“人船模型”問題的特征 兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時,若所受外力的矢量和為零,則動量守恒。在相互作用的過程中,任一時刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。這樣的問題歸為“人船模型”問題。 2.處理“人船模型”問題的關(guān)鍵 (1)利用動量守恒,確定兩物體速度關(guān)系,再確定兩物體通過的位移的關(guān)系。 由于動量守恒,所以任一時刻系統(tǒng)的總動量為零,動量守恒式可寫成m1v1=m2v2的形式(v1、v2為兩物體的瞬時速率),表明任意時刻的瞬時速率都與各物體的質(zhì)量成反比。所以全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比。進(jìn)而可得兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比,即,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(2)解題時要畫出各物體的位移關(guān)系草圖,找出各長度間的關(guān)系。 (3)適用條件: “人船模型”是利用平均動量守恒求解的一類問題。適用條件是: 系統(tǒng)由兩個物體組成且相互作用前靜止,系統(tǒng)總動量守恒。 在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運(yùn)動的過程中至少有一個方向的動量守恒,注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 有一只小船停在靜水中,船上一人從船頭走到船尾。如果人的質(zhì)量m=60 kg,船的質(zhì)量m0=120 kg,船長為l=3 m,則船在水中移動的距離是多少?水的阻力不計。 解析:選人和船組成的系統(tǒng)為研究對象,作出人在船上走動時的過程示意圖如圖所示。,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2 載人氣球靜止于高h(yuǎn)的空中,氣球的質(zhì)量為m0,人的質(zhì)量為m,若人沿繩梯滑至地面,則繩梯至少為多長? 解析:,氣球和人原來靜止在空中,說明系統(tǒng)所受合外力為零,故系統(tǒng)在人下滑過程中動量守恒,人著地時繩梯至少應(yīng)接觸地面,設(shè)繩梯長為L,人沿繩梯滑至地面人的位移為x人,球的位移為x球,它們的位移關(guān)系如圖所示,由動量守恒有0=m0x球-mx人,又有x球+x人=L,x人=h,1,2,3,4,5,1.下列不屬于反沖運(yùn)動的是( ) A.噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動 B.物體做自由落體的運(yùn)動 C.火箭的運(yùn)動 D.反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動 解析:噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣體,通過反沖獲得前進(jìn)的動力;反擊式水輪機(jī)靠水輪擊打水,通過反沖獲得動力。 答案:B,1,2,3,4,5,2.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.燃料燃燒推動空氣,空氣反作用力推動火箭 B.火箭發(fā)動機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出,氣體的反作用力推動火箭 C.火箭吸入空氣,然后向后推出,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 解析:火箭工作的原理是利用反沖運(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,使火箭獲得反沖速度,與周圍的空氣無關(guān),故答案為B選項(xiàng)。 答案:B,1,2,3,4,5,3.一人靜止于光滑的水平冰面上,現(xiàn)欲向前運(yùn)動,下列方法中可行的是( ) A.向后踢腿 B.手臂向后甩 C.在冰面上滾動 D.脫下外衣向后水平拋出 解析:由于冰面沒有摩擦,所以C不行;A、B由于總動量守恒,所以人整體不動;只有D是反沖現(xiàn)象,可使人向前運(yùn)動。 答案:D,1,2,3,4,5,4. 如圖,一光滑地面上有一質(zhì)量為m0的足夠長的木板ab,一質(zhì)量為m的人站在木板的a端,關(guān)于人由靜止開始運(yùn)動到木板的b端(M、N表示地面上原a、b對應(yīng)的點(diǎn)),下列圖示正確的是( ),1,2,3,4,5,解析:根據(jù)動量守恒定律,m0、m系統(tǒng)動量守恒,對于題中的“人船模型”,各自對地的位移為sm0、sm,且有m0sm0=msm,sm0+sm=L板長(有時也稱為平均動量守恒),以M點(diǎn)為參考,人向右運(yùn)動,船向左運(yùn)動,D圖是正確的。 答案:D,1,2,3,4,5,5. (選做題) 一個質(zhì)量為m0,底面邊長為b的三角形劈塊靜止于光滑水平面上,如圖所示,有一質(zhì)量為m的小球由斜面頂部無初速滑到底部的過程中,劈塊移動的距離為 。,1,2,3,4,5,解析: 小球與劈組成的系統(tǒng)動量不守恒,但在水平方向動量守恒,如圖所示,設(shè)劈移動的距離為s,則小球運(yùn)動的水平距離為(b-s),由水平方向動量守恒得m0s=m(b-s),故,