资源简介

(共49张PPT)
6　反冲现象　火箭
素养 目标定位
目标素养
1.了解反冲运动及反冲运动的典型事例,形成正确的物理观念
2.能够应用动量守恒定律分析反冲运动问题,培养科学思维能力
3.知道火箭的飞行原理及决定火箭最终速度大小的因素,了解我国航天技术的发展,发掘学生探索新知识的潜能
知识概览
课前 基础认知
一、反冲现象
1.概念:根据动量守恒定律,一个静止的物体在　内力　的作用下分裂为两部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向　相反　的方向运动的现象。
2.反冲现象的应用及防止。
(1)应用:农田、园林的喷灌装置是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　,以减小反冲的影响。
微判断1.反冲运动可以用动量守恒定律来处理。(　　)
2.一切反冲现象都是有益的。(　　)
3.乌贼的运动利用了反冲的原理。(　　)
√
×
√
二、火箭
1.工作原理:喷气式飞机和火箭的飞行应用了　反冲　的原理,它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。
2.构造:主要有两大部分——箭体和燃气。
3.特点:箭体和喷出的燃气满足　动量守恒　定律。
4.影响火箭获得速度大小的因素。
(1)喷气速度:现代火箭发动机的喷气速度通常在2000~5000 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。
微思考螺旋桨飞机能在月球上正常飞行吗 为什么
提示:不能。螺旋桨飞机靠旋转的螺旋桨与空气的相互作用而获得动力,不能在真空环境中飞行。
课堂 重难突破
一 反冲运动的理解
问题探究
在生活中,经常会见到反冲现象:吹鼓的气球松手后喷出气体,同时向相反方向飞去;点燃“钻天猴”的引线,“钻天猴”便会向后喷出亮丽的火焰,同时“嗖”的一声飞向天空;乌贼向后喷出水后,它的身体却能向前运动。请结合这些事例,进行探究。
提示:由于内力做功,其他形式的能转化为机械能,机械能增大。
探究1:反冲运动的受力有什么特点
探究2:反冲运动过程中系统的动量是否守恒
探究3:反冲运动过程中系统的机械能有什么变化
提示:两部分内力方向相反。
提示:内力远大于外力,系统动量守恒。
归纳总结
1.反冲运动的特点。
(1)两部分在内力作用下向相反方向运动。
(2)内力往往远大于外力或在某一方向上内力远大于外力,所以系统动量守恒或在某一方向上动量守恒。
(3)系统的机械能增加,因为有其他形式的能转化为机械能。
2.反冲运动遵循动量守恒定律。
3.处理反冲运动应注意的问题。
(1)速度的方向。
对于原来静止的整体,抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反,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,则反方向的另一部分的速度应取负值。
(2)相对速度问题。
在反冲运动中,有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度后,再列动量守恒定律方程。
(3)变质量问题。
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。
典型例题
【例1】 反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精灯,水蒸气将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动。小车的总质量 m车=3 kg,水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1 kg。
(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9 m/s,求小车的反冲速度。
(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变,方向与水平方向成60°角,小车的反冲速度又如何 (小车一直在水平方向运动)
答案:(1)0.1 m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反
(2)0.05 m/s,方向与橡皮塞在水平方向的分运动的方向相反
解析:(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零,系统总动量为零。以橡皮塞运动的方向为正方向,根据动量守恒定律有mv+(m车-m)v'=0
负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反,反冲速度大小是0.1 m/s。
(2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒,以橡皮塞在水平方向的分运动的方向为正方向,有
mvcos 60°+(m车-m)v″=0
负号表示小车运动方向与橡皮塞在水平方向的分运动的方向相反,反冲速度大小是0.05 m/s。
规律总结
反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力常为变力,且作用力大,一般都满足内力远大于外力,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。
二 火箭原理
问题探究
发射洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船要用三级火箭,发射时先点燃第一级火箭,燃料用完后,空壳自动脱落,然后下一级火箭开始工作,三级火箭能及时把空壳抛掉,使总质量减小。已知运载物卫星的质量为m1,每级燃料及空壳质量均为m2,燃料燃气喷出相对运载物的速度大小为v0。
探究1:如果一次把三级的燃气喷完,运载物获得的速度是多少
探究2:若三级火箭逐渐向后喷气,运载物最后获得的速度是多少
探究3:火箭一次把燃气喷完与逐渐向后三次喷气哪一种情况获得更大反冲速度
2.分析火箭类问题应注意的地方。
(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不是同一参考系,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速度。
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。喷出气体速度的方向与原气体的运动方向是相反的。
典型例题
【例2】 一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g的气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1 000 m/s。设火箭质量m火=300 kg,发动机每秒钟喷气20次。
(1)当第3次喷出气体后,火箭的速度多大
(2)运动第1 s末,火箭的速度多大
答案:(1)2.0 m/s　(2)13.5 m/s
规律总结
火箭类反冲问题解题要领
1.两部分物体初、末状态的速度的参考系必须是同一参考系,且一般以地面为参考系。 2.要特别注意反冲前后各物体质量的变化。 3.列方程时要注意初、末状态动量的方向,一般而言,反冲后两物体的运动方向是相反的。
三 人船模型
问题探究
如图所示,有一只船停靠在湖边码头,船又窄又长,估计重一吨左右。一人想粗略测定它的质量。他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船。用卷尺测出船后退的距离d,然后用卷尺测出船长L。已知他的自身质量为m,水的阻力不计。
探究1:从人开始在船上走动直到下船的过程中,人和船组成的系统动量是否守恒
提示:水的阻力不计,人和船组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒。
探究2:人和船的任一时刻的速度大小满足怎样的关系
提示:设任一时刻船和人的速度大小分别为v船和v人,根据动量守恒定律得m0v船=mv人。
探究3:此人能测出船的质量m0吗 (用题目中字母表示)
归纳总结
1.适用条件。
“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。
(1)系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量为零。
(2)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,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。
2.模型图示。
5.“人船模型”的拓展(某一方向动量守恒)。
规律总结、
处理“人船模型”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。 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。
成 果 验 收 站
1.(多选)以下叙述的现象利用了反冲现象的有(　　)
A.火箭喷气升空　　　　 B.篮球触地反弹
C.乌贼喷水快速退游 D.潜水艇排水浮出
答案:AC
解析:火箭喷气升空和乌贼通过喷水快速退游是利用了反冲原理;篮球触地反弹是地面对篮球有作用力,不属于反冲;潜水艇排水浮出是利用浮力,也不属于反冲。故选项 A、C正确,B、D错误。
2.一条小船浮在水面上,不计水的阻力,人和船初状态都静止,若人从小船的左端走到小船的右端,初、末位置关系可能正确的是(　　)
答案:C
解析:不计水的阻力,则人和船组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,初状态总动量为零,则运动中二者的动量一定等大反向,人向右运动,船一定向左运动,故选项A、B、D错误,C正确。
3.一个质量为m',底边长为b的三角形斜劈静止于光滑水平面上,有一个质量为m的小球由斜劈顶部无初速度滑到底部时,斜劈移动的距离是(　　)
答案:B
解析:小球和斜劈系统水平方向动量守恒,设斜劈移动x,则m'x=m(b-x),解得 ,故选项B正确。
4.某人在一只静止的船上练习射击,船、人[连同枪(不包括子弹)及靶]的总质量为m',枪内有n颗子弹,每颗子弹的质量为m,子弹水平射出枪口相对于地的速度为v0,子弹打入靶中且留在靶里。在射完n颗子弹后,小船的最终速度为(　　)
答案:A
解析:以船、人连同枪、靶以及枪内n颗子弹组成的系统为研究的对象,水平方向上动量守恒。以子弹的初速度方向为正方向,射击前系统的总动量为0,由动量守恒定律可知,子弹射入靶中后系统的总动量也为零,所以小船的最终速度为0,选项A正确。

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