人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭说课ppt课件

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1.通过学习了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用,知道火箭的飞行原理(物理观念)2.通过实例分析,能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题(科学思维)3.通过学习和课外阅读,了解我国航天技术的发展,增强民族自豪感(科学态度与责任)
[自主阅读]一、反冲现象1.概念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,系统内力很大,外力可忽略,可用动量守恒定律来解释。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:射击运动员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:应用了反冲的原理,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出,使火箭获得巨大的速度。2.影响火箭获得速度大小的因素:(1)喷气速度:现代火箭的喷气速度通常在2 000~5 000 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。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、人造卫星和宇宙飞船等。
[自我检测]1.正误判断(1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。(　　)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,船就会向前运动。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 ×
2.一质量为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,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) 
[情境探究]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。
[知识归纳]1.反冲运动的特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。(2)在反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理。(3)在反冲运动中,一般有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加。
2.反冲运动的应用与防止(1)利用有益的反冲运动反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出,使转轮由于反冲而旋转;喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。(2)避免有害的反冲运动射击时,子弹向前飞去,枪身向后发生反冲。
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,两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,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?
方法2:由于每次喷气速度一样,可选整体为研究对象,用动量守恒来求解,设喷出3次气体后火箭的速度为v3,以火箭和喷出的3次气体为研究对象,根据动量守恒可得(m0-3m)v3-3mv=0,解得答案 2 m/s要点笔记 反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力非常大,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。
变式训练1如图所示,自动火炮连同炮弹的总质量为M,炮管水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶,发射一枚质量为m的炮弹后,自动火炮的速度变为v2,仍向右行驶,则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　　)
解析 炮弹相对地的速度为v0+v2。由动量守恒定律得Mv1=(M-m)v2+m(v0+v2),得答案 B
[情境探究]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大?
要点提示 选人和船组成的系统为研究对象,由于人从船头走到船尾的过程中,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,人停下时,船也停下来。设某一时刻人的速度为vm,船的速度为vm0,根据动量守恒定律有mvm-m0vm0=0,即因为在人从船头走到船尾的整个过程中,每一时刻系统都满足动量守恒定律,所以每一时刻人的速度与船的速度之比都与它们的质量之比成反比,从而可以判断,在人从船头走到船尾的过程中,人的位移xm与船的位移xm0之比,也应与它们的质量之比成反比,即由图可以看出xm+xm0=l。上面各式是人船模型中的关系式。
[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.处理人船模型问题的关键(1)利用动量守恒,确定两物体的速度关系,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,即m1v1=m2v2(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,即 ,进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比,即m1x1=m2x2。(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,构建物体对地位移与相对位移的关系方程。
(3)适用条件:①系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量守恒且为0。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。要点笔记 人船模型问题中,两物体的运动特点是人走船行、人停船停、人快船快、人慢船慢。
[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。
规律方法 人船模型的规律(1)人走船走,人停船停。
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?解析 气球和人原来静止在空中,说明系统所受合外力为零,故系统在人下滑过程中动量守恒,人着地时绳梯至少应接触地面,设绳梯长为l,人沿绳梯滑至地面人的位移为x人,气球的位移为x球,它们的位移关系如图所示,由动量守恒有0=m0x球-mx人,又有x球+x人=l,x人=h,故
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.燃料燃烧推动周围的空气,空气的反作用力推动火箭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
2.(2020河南鹤壁中学阶段考)有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(比人重)。一位同学想用一个卷尺粗略测量它的质量。他进行了如下操作:首先将船平行于码头岸边自由停泊,人轻轻从船尾上船,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,则船的质量为(　　)
3.如图所示为著名的万户飞天,他把自制的火箭绑在椅子上,自己坐在椅子上,双手拿着大风筝,设想利用火箭的推力,飞上天空,然后利用风筝平稳着陆。据学者考证,万户是世界上第一个想利用火箭飞行的人。假设万户及其所携设备的总质量为M,点燃火箭后在极短的时间内,质量为m的燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出,忽略空气阻力的影响,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　)
A.火箭的推力来源于周围空气对它的反作用力B.在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大小为C.喷出燃气后,万户及其所携设备能上升的最大高度为D.在火箭喷气过程中,万户及其所携设备的机械能守恒
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度滑到底部的过程中,劈块移动的距离为　　　　　　。 
解析 小球与劈块组成的系统动量不守恒,但在水平方向动量守恒,如图所示,设劈块移动的距离为x,则小球运动的水平距离为(b-x),由水平方向动量守恒得m0x=m(b-x),故