版选修3_5.pptx

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1、5 反冲运动 火箭,一、反冲运动 1.定义 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某一个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动的现象。 2.特点 (1)物体的不同部分在内力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,通常可以用动量守恒定律来处理。 3.反冲现象的应用及防止 (1)应用:农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时,一边喷水一边旋转。 (2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的准确性,所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少反冲的影响。,二、火箭 1.工作原理:利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出,使火箭获得巨大速

2、度。 2.影响火箭获得速度大小的两个因素: (1)喷气速度:现代火箭的喷气速度为2 0004 000 m/s。 (2)质量比:火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。喷气速度越大,质量比越大,火箭获得的速度越大。 3.现代火箭的主要用途:利用火箭作为运载工具,如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。,自我检测 1.思考辨析。 (1)我国近年来研制的大型客机C919以及WZ-10直升机就是利用反冲运动的原理,发动机喷出高温高压的燃气使飞机获得了巨大的反推力而运动。 ( ) 解析:喷气式客机是利用高速喷出的燃气而获得反作用力的,而直升机是螺旋桨直接跟空气作用而获得反作用力的。

3、 答案: (2)公园里的湖面上有一条小船静止,一人站在船头,现在人开始走向船尾,则小船会沿船头方向前进。 ( ) 解析:人和船组成的系统动量守恒,开始时总动量为零,人向后走,船就会向前走。 答案:,(3)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。 ( ) 答案: (4)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析。 ( ) 答案: (5)反冲运动的原理既适用于宏观物体,也适用于微观粒子。 ( ) 答案: (6)火箭应用了反冲的原理。 ( ) 答案:,2.探究讨论。 生活中常见的有关反冲运动的现象多吗?试举出几个例子。 答案:生活中的反冲现象很多。如:(1)放冲天炮时,就

4、是火药的反冲作用使它向天上飞的。(2)用软的水管浇水时,当水放得很大时,水管头部就有向后的力,这是水的反冲作用。(3)拿着高压水管刷车的时候你会发现有很大的力推你,这个力是液体(水)的反冲所致。,探究一,探究二,对反冲运动的理解 问题探究 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。,探究一,探究二,知识归纳 1.反冲运动的三个特点 (1)物体的不同部分在内力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

5、可以用动量守恒定律来处理。 (3)反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总动能增加。,探究一,探究二,2.反冲运动的处理方法 (1)反冲运动过程中系统不受外力或所受外力之和为零,满足动量守恒的条件,可以用动量守恒定律分析解决问题。 (2)反冲运动过程中系统虽然受到外力作用,但内力远远大于外力,外力可以忽略,也可以用动量守恒定律分析解决问题。 (3)反冲运动过程中系统虽然所受外力之和不为零,系统的动量并不守恒,但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零,则系统的动量在该方向上的分量保持不变,可以在该方向上用动量守恒分析解决问题。,探究一,探究二,3.讨论反冲运动应注

6、意的三个问题 (1)速度的方向性:对于原来静止的整体,当被抛出部分具有速度时,剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的,两者运动方向必然相反。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,则反方向的这一部分的速度就要取负值。 (2)速度的相对性:反冲运动的问题中,有时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地的速度,再列动量守恒方程。 (3)变质量问题:在反冲运动中还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和在相互作用的短时间内喷

7、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。,探究一,探究二,反冲运动过程中系统动量守恒,列动量守恒式的时候速度必须是相对同一参考系的。,探究一,探究二,典例剖析 【例题1】 一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g 的气体,气体离开发动机时速度v=1 000 m/s(相对地面),设火箭质量m0=300 kg,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? 【思考问题】 (1)发动机每次喷出气体后火箭的速度都会发生变化吗? 提示:每次喷出气体后火箭的速度都会增加一些,需要逐次求出速度,一步一步去解题。 (2)为简化步骤,本题能将三次喷气当成一次去列式求解吗? 提

8、示:由于每次喷气相对地面的速度是相同的,因此可选整体为研究对象,运用动量守恒来求解。,探究一,探究二,解析:解法一:喷出气体运动方向与火箭运动方向相反,系统动量可认为守恒。,答案:2 m/s,探究一,探究二,规律总结(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。反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是

9、相反的。,探究一,探究二,变式训练1一质量为m0的航天器远离太阳和行星,正以速度v0在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出质量为m的气体,气体向后喷出的速度大小为v1,求加速后航天器的速度大小为 。(v0、v1均为相对同一参考系的速度),探究一,探究二,反冲运动的典型应用人船模型 问题探究 (1)两位同学在公园里划船,当小船离码头大约1.5 m左右时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳远的成绩从未低过2 m,跳到岸上绝对没有问题,于是她纵身一跃,结果却掉在水里,她为什么不能如她想的那样跳上岸呢?(不计水的阻力),探究一,探究二,要点提示:因为她起跳时和船相互作用,给

10、船一个向后的作用力,船后退,这样她相对于岸的速度就小于起跳时相对于船的速度,因此会掉进水里。,探究一,探究二,(2)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下: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少?,探究一,探究二,探究一,探究二,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

11、型”问题的关键 (1)利用动量守恒,确定两物体速度关系,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,动量守恒式可写成m1v1=m2v2的形式(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。进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比,即,探究一,探究二,(2)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。 (3)适用条件: “人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是 系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量守恒。 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,

12、注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。“人船模型”问题中,两物体的运动特点是“人”走“船”行、“人”停“船”停。,探究一,探究二,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=60 kg,船的质量m0=120 kg,船长为l=3 m,则船在水中移动的距离是多少?水的阻力不计。 【思考问题】 (1)选人船系统为研究对象,那么如何作出人在船上行走时的过程示意图呢? 提示:(2)人从船头走到船尾的过程中,系统动量守恒吗? 提示: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,人停下来,船也停下来。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究

13、二,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?,1,2,3,1.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.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后喷出,气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭 解析:火箭工作的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时,使火箭获得反冲速度,与周围的空气无关,故答案为B选项。 答案:B,4,1,2,3,2.如图所

14、示,一光滑地面上有一质量为m0的足够长的木板AB,一质量为m的人站在木板的A端,关于人由静止开始运动到木板的B端(M、N表示地面上原A、B对应的点),下列图示正确的是( ),4,1,2,3,解析:根据动量守恒定律,m0、m系统动量守恒,对于题中的“人船模型”,各自对地的位移为xm0、xm,且有m0xm0=mxm,xm0+xm=l板长(有时也称为平均动量守恒),以M点为参考,人向右运动,船向左运动,D图是正确的。 答案:D,4,1,2,3,4,3.(多选)一平板小车静止在光滑的水平地面上,甲、乙两人分别站在车上左、右两端,当两人同时相向而行时,发现小车向左移动,则( ) A.若两人质量相等,必定

15、v甲v乙 B.若两人质量相等,必定v甲m乙 D.若两人速率相等,必定m甲m乙 解析:把甲、乙及小车看成一个系统,系统动量守恒,开始时速度都是零,小车向左运动,说明甲乙二人的合动量方向向右,根据题意,甲向右运动,乙向左运动,所以甲的动量大于乙的动量,如果二者质量相等,甲的速度大于乙的速度,如果二者速度相等,甲的质量大于乙的质量,A、C正确,选AC。 答案:AC,1,2,3,4,4.一个质量为m0,底面边长为b的三角形劈块静止于光滑水平面上,如图所示,有一质量为m的小球由斜面顶部无初速滑到底部的过程中,劈块移动的距离为 。,解析:小球与劈组成的系统动量不守恒,但在水平方向动量守恒,如图所示,设劈移动的距离为x,则小球运动的水平距离为(b-x),由水平方,