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

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成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-5,動(dòng)量守恒定律,第十六章,第五節(jié) 反沖運(yùn)動(dòng) 火箭,第十六章,我國(guó)宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲)，火箭上扎一個(gè)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(dòng)?，F(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同(如圖乙)，你知道我國(guó)“長(zhǎng)征”號(hào)系列火箭是怎樣先后將“神舟”號(hào)系列載人飛船送上太空的嗎？,1.定義 一個(gè)靜止的物體在_____的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向_____方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 2．特點(diǎn) (1)物體的不同部分在_____作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。 (2)反向運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，通?？梢杂胈____________來(lái)處理。,反沖運(yùn)動(dòng),內(nèi)力,相反,內(nèi)力,動(dòng)量守恒定律,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(shí)，一邊噴水一邊_____。 (2)防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的________，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在_____，以減少反沖的影響。,旋轉(zhuǎn),準(zhǔn)確性,肩部,1.火箭 現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得__________向前推進(jìn)的飛行器。 2．火箭的工作原理 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_____，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的_____，因而發(fā)生連續(xù)的_____現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時(shí)，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。,火箭,反作用力,動(dòng)量,動(dòng)量,反沖,3．影響火箭速度大小的因素 (1)噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技術(shù)水平。 (2)質(zhì)量比：火箭__________時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的_____質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過(guò)10。 4．現(xiàn)代火箭的主要用途 利用火箭作為_(kāi)____工具，例如發(fā)射探測(cè)儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。,開(kāi)始飛行,箭體,運(yùn)載,一、反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及其遵循的規(guī)律 1．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(dòng)。 (2)反沖運(yùn)動(dòng)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(dòng)能增加。 2．反沖運(yùn)動(dòng)中，以下三種情況均可應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決 (1)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，滿足動(dòng)量守恒的條件，可以用動(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。,(2)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(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。 (3)系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零，系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)量在該方向上的分量保持不變，可以在該方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律。,二、分析反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問(wèn)題 1．速度的反向性問(wèn)題 對(duì)于原來(lái)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(duì)于拋出部分來(lái)說(shuō)的，兩者運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值。,2．相對(duì)速度問(wèn)題 反沖運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題中，有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度。由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度，通常為對(duì)地的速度。因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后，再列動(dòng)量守恒定律方程。 3．變質(zhì)量問(wèn)題 在反沖運(yùn)動(dòng)中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)，如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象，取相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究。,某學(xué)習(xí)小組在探究反沖運(yùn)動(dòng)時(shí)，將質(zhì)量為m1的一個(gè)小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動(dòng)力。現(xiàn)在整個(gè)裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開(kāi)瓶后向外噴射氣體的對(duì)地速度為v1，如果在Δt的時(shí)間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是多少？,,三、“人船模型”的處理方法 1．“人船模型”問(wèn)題的特征 兩個(gè)原來(lái)靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒。在相互作用的過(guò)程中，任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。這樣的問(wèn)題歸為“人船模型”問(wèn)題。 2．處理“人船模型”問(wèn)題的關(guān)鍵 (1)利用動(dòng)量守恒，確定兩物體速度關(guān)系，再確定兩物體通過(guò)的位移的關(guān)系。,兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時(shí)間將到，她們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時(shí)，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)從未低于2m，跳到岸上絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題。于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖)。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？(假設(shè)起跳時(shí)船已靜止),一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為M＝100kg的宇航員，在距離飛船s＝45m處與飛船處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，他準(zhǔn)備對(duì)太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修，宇航員背著裝有質(zhì)量為m0＝0.5kg的O2貯氣筒，筒內(nèi)有一個(gè)可以使O2以v＝50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后，必須向著返回飛船方向的反方向釋放O2，才能回到飛船，同時(shí)又必須保留一部分O2供途中宇航員呼吸之用，宇航員的耗氧率為Q＝2.510－4kg/s，如果不考慮噴出O2對(duì)設(shè)備與宇航員總質(zhì)量的影響，則：,反沖運(yùn)動(dòng),(1)噴出多少O2，宇航員才能安全返回飛船？ (2)為了使總耗氧量最低，應(yīng)該一次噴出多少氧氣？返回時(shí)間是多少？ 解析：(1)以飛船為參考物，設(shè)沿著飛船運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?，并設(shè)噴出質(zhì)量為m(kg)O2 時(shí)宇航員獲得的速度是v′，對(duì)于“宇航員和噴出的O2”這一系統(tǒng)而言，在噴氣方向上由動(dòng)量守恒可得： (M－m)v′－mv＝0，考慮M?m，有v′＝mv/M① 宇航員返回時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，歷時(shí)t＝s/v′②,答案：(1)0.05kg～0.45kg (2)0.15kg；600s 點(diǎn)評(píng)：本題中宇航員所帶的氧氣量一定，問(wèn)題是要將它合理分配給呼吸和噴氣兩個(gè)方面使用，并能保證宇航員安全返回飛船。,,一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v＝1000m/s，設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。 (1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？ (2)運(yùn)動(dòng)第1s末，火箭的速度多大？,火箭的應(yīng)用,運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開(kāi)始工作后，火箭做加速運(yùn)動(dòng)的原因是( ) A．燃料燃燒推動(dòng)空氣，空氣反作用力推動(dòng)火箭 B．火箭發(fā)動(dòng)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(dòng)火箭 C．火箭吸入空氣，然后向后推出，空氣對(duì)火箭的反作用力推動(dòng)火箭 D．火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周圍空氣，空氣膨脹推動(dòng)火箭,答案：B 解析：火箭工作的原理是利用反沖運(yùn)動(dòng)，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)，使火箭獲得的反沖速度，故正確答案為選項(xiàng)B。,如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m的人(可視為質(zhì)點(diǎn))站在船的左端，在人從船頭走到船尾的過(guò)程中，船與人相對(duì)地的位移大小分別為多少？(忽略水對(duì)船的阻力),人船模型問(wèn)題,,解析：選人和船為一系統(tǒng)，由于系統(tǒng)在水平方向不受外力作用，所以系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，設(shè)某一時(shí)刻人的對(duì)地速度為v，船的速度大小為v′，選人的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得mv－Mv′＝0。,,