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

《高中物理 第16章 動量守恒定律 5 反沖運動、火箭課件 新人教版選修3-5.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第16章 動量守恒定律 5 反沖運動、火箭課件 新人教版選修3-5.ppt（28頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

5 反沖運動 火箭,情 景 導 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,火藥點燃后火箭由于反沖向前運動?，F(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 圖,一,二,填一填,一、反沖運動(見課本第22頁) 1.定義:如果一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩個部分,一部分向某個方向運動,另一部分必然向相反的方向運動。這個現(xiàn)象叫作反沖。 2.特點:(1)物體的不同部分在內力作用下向相反的方向運動。(2)反沖運動中,相互作用力一般較大,通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚怼?3.反沖現(xiàn)象的應用及防止 (1)應用:農田、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。 (2)防止:用槍射擊時,由于槍身的反沖會影響射擊的準確性,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:利用反沖運動,火箭燃料燃燒產生的高溫、高壓燃氣從尾噴管迅速噴出時,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2 000~4 000 m/s。 (2)質量比:指火箭起飛時的質量與火箭除燃料外的箭體質量之比。噴氣速度越大,質量比越大,火箭獲得的速度越大。,,,,,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一對反沖運動的進一步理解 射擊運動員在射擊比賽時,總是把槍托抵在自己的肩上,這是為什么?,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,1.反沖運動的三個特點 (1)物體的不同部分在內力作用下向相反方向運動。 (2)反沖運動中,相互作用力一般較大,通常可以用動量守恒定律來處理。 (3)反沖運動中,由于有其他形式的能轉變?yōu)闄C械能,所以系統(tǒng)的總動能增加。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,2.反沖運動的處理方法 (1)反沖運動過程中系統(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)反沖運動過程中系統(tǒng)雖然受到外力作用,但內力遠遠大于外力,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,問題導引,名師精講,典例剖析,3.討論反沖運動應注意的三個問題 (1)速度的方向性:對于原來靜止的整體,當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)定某一部分的運動方向為正方向,則反方向的這一部分的速度就要取負值。 (2)速度的相對性:反沖運動的問題中,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)。因此應先將相對速度轉換成對地的速度,再列動量守恒方程。 (3)變質量問題:在反沖運動中還常遇到變質量物體的運動,如在火箭的運動過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質量不斷減小,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行研究。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題1】一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m=200 g 的氣體,氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v=1 000 m/s,設火箭質量m0=300 kg,發(fā)動機每秒噴氣20次。 (1)當?shù)?次氣體噴出后,火箭的速度多大? (2)運動第1 s末,火箭的速度多大? 解析:方法一:(1)噴出氣體運動方向與火箭運動方向相反,系統(tǒng)動量守恒。 (m0-m)v1-mv=0,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練1 一質量為m0的航天器遠離太陽和行星,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)動機瞬間向后噴出質量為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,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究二反沖運動的典型應用——人船模型,質量為m的人站在質量為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,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,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”問題的關鍵 (1)利用動量守恒,確定兩物體速度關系,再確定兩物體通過的位移的關系。 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量成反比。所以全過程的平均速度也與質量成反比。進而可得兩物體的位移大小與各物體的質量成反比,即,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,(2)解題時要畫出各物體的位移關系草圖,找出各長度間的關系。 (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: ①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。 ②在系統(tǒng)內發(fā)生相對運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。如果人的質量m=60 kg,船的質量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,問題導引,名師精講,典例剖析,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練2 載人氣球靜止于高h的空中,氣球的質量為m0,人的質量為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接觸地面,設繩梯長為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.下列不屬于反沖運動的是( ) A.噴氣式飛機的運動 B.物體做自由落體的運動 C.火箭的運動 D.反擊式水輪機的運動 解析:噴氣式飛機和火箭都是靠噴出氣體,通過反沖獲得前進的動力;反擊式水輪機靠水輪擊打水,通過反沖獲得動力。 答案:B,,,1,2,3,4,5,2.運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后,火箭做加速運動的原因是( ) A.燃料燃燒推動空氣,空氣反作用力推動火箭 B.火箭發(fā)動機將燃料燃燒產生的氣體向后推出,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動,是火箭燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣從尾噴管迅速噴出時,使火箭獲得反沖速度,與周圍的空氣無關,故答案為B選項。 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,可使人向前運動。 答案:D,,,1,2,3,4,5,4. 如圖,一光滑地面上有一質量為m0的足夠長的木板ab,一質量為m的人站在木板的a端,關于人由靜止開始運動到木板的b端(M、N表示地面上原a、b對應的點),下列圖示正確的是( ),1,2,3,4,5,解析:根據動量守恒定律,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點為參考,人向右運動,船向左運動,D圖是正確的。 答案:D,,1,2,3,4,5,5. (選做題) 一個質量為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,設劈移動的距離為s,則小球運動的水平距離為(b-s),由水平方向動量守恒得m0s=m(b-s),故,,