高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四节 动量守恒定律的应用评课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)
一、反冲1.定义:如果一个静止的物体在内力的作用下分裂成两部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动.这种现象叫作反冲.2.处理:反冲运动中物体之间相互作用力很大,且作用时间极短,一般都满足内力远大于外力,外力可以忽略不计,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理.
想一想反冲运动中,内力做功的代数和是否为零?提示 不为零.反冲运动中,两部分受到的内力做功的代数和为正值.
二、火箭的发射原理1.原理:火箭的发射过程是一个反冲运动.2.影响火箭获得速度大小的因素:火箭喷出的燃料速度越大,喷出的燃料质量与火箭质量之比越大,则火箭获得的速度越大.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(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静止的小船,一人站在船头,开始走向船尾,则小船会向船尾方向前进.(　　)答案 ×解析 人和船组成的系统动量守恒,开始时总动量为零,人向船尾走,船就会向船头运动.
(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)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理.(　　)答案 √
2.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推出,气体的反作用力推动火箭C.火箭吸入空气,然后向后排出,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,空气膨胀推动火箭答案 B解析 火箭工作中,动量守恒,当燃料燃烧产生的气体向后喷出时,火箭受气体向前的推力从而加速,故B正确.
3.(多选)下列运动属于反冲运动的有(　　)A.汽车的运动B.直升机的运动C.火箭的运动D.反击式水轮机的运动答案 CD解析 汽车的运动利用了汽车的牵引力,不属于反冲运动,故A错误;直升机的运动利用了空气的反作用力,不属于反冲运动,故B错误;火箭是利用喷气的方式获得动力,属于反冲运动,故C正确;反击式水轮机利用水的反冲作用而获得动力,属于反冲运动,故D正确.
我国早在宋代就发明了火箭,在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒,火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出,火箭就会向前运动.请思考:(1)古代火箭的运动是否为反冲运动?(2)火箭飞行利用了怎样的工作原理?要点提示 (1)古代火箭的运动是反冲运动.(2)火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理.
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)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,由于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
例1反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精,水蒸气将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动.小车运动前的总质量M=3 kg,水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1 kg.(水蒸气质量忽略不计)(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,求小车的反冲速度.(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,方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反
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,mv+(M-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.以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向,有mvcs 60°+(M-m)v″=0
=-0.05 m/s负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反,反冲速度大小是0.05 m/s.
规律方法处理反冲运动的三个注意(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,则反方向的速度取负值.(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.
变式训练1一火箭的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(相对地面).设火箭的质量M=300 kg,发动机每秒喷气20次,当第三次气体喷出后,求火箭的速度大小.
解析 设喷出三次气体后火箭的速度为v3,以火箭和喷出的三次气体为研究对象,据动量守恒定律,得(M-3m)v3-3mv=0,解得v3= =2 m/s.
如图所示,一条质量约为180 kg的小船漂浮在静水中,当人从船尾走向船头时,小船也发生了移动,不计水的阻力.(1)小船发生移动的动力是什么力?小船向哪个方向运动?(2)当人走到船头相对船静止时,小船还运动吗?为什么?(3)当人从船尾走到船头时,有没有可能出现图甲或图乙的情形?为什么?
甲　　　　　　　　乙
要点提示 (1)摩擦力.小船向船尾方向运动,即与人行的方向相反.(2)不运动.小船和人组成的系统动量守恒,当人的速度为零时,船的速度也为零.(3)不可能.由系统动量守恒可知,人和船相对于地面的速度方向一定相反,不可能向同一个方向运动,且人船位移比等于它们质量的反比.
(1)人船模型的条件:两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受合外力为零,则该系统动量守恒.(2)人船模型的特点:人动船动,人停船停,人快船快,人慢船慢,人左船右;人船位移比等于它们质量的反比,人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比,即
要点笔记应用此关系时要注意,公式中v1、v2和s1、s2一般都是相对地面而言的.
例2质量为100 kg的热气球,载有质量为50 kg的人,静止在空中距地面20 m高的地方,气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子,该人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面(绳子足够结实),为了能安全到达地面,绳长至少应为(可以把人看作质点)(　　)A.10 mB.30 mC.40 mD.60 m
变式训练2如图所示,一个倾角为α的直角斜面体静置于光滑水平面上,斜面体质量为M,顶端高度为h,今有一质量为m的小物体,沿光滑斜面下滑,当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时,斜面体在水平面上移动的距离是(　　)
解析 此题属于“人船模型”问题,小物体与斜面体组成的系统在水平方向上动量守恒,以小物体在水平方向上对地位移的方向为正方向,设小物体在水平方向上对地位移为s1,斜面体在水平方向上对地位移为s2,由动量守恒定
1.下列图片所描述的事例中,没有利用反冲运动原理的是(　　)
答案 D解析 喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而旋转的,章鱼在水中前行和转向利用了喷出的水的反冲作用,火箭发射是利用喷气的方式获得动力,利用了反冲运动,故A、B、C不符合题意;码头边轮胎的作用是延长碰撞时间,从而减小作用力,没有利用反冲作用,故D符合题意.
2.质量为m、半径为R的小球,放在半径为2R、质量为2m的大空心球内,大球开始静止在光滑水平面上.当小球从如图所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时,大球移动的距离是(　　)
解析 由水平方向动量守恒有ms小球-2ms大球=0,又s小球+s大球=R,所以s大球= ,选项B正确.
3.如图所示是著名的万户飞天.万户把47个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.假设万户及其所携设备(火箭、椅子、风筝等)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.火箭的推力来源于空气对它的反作用力
D.在火箭喷气过程中,万户及其所携设备的机械能守恒
4.如图所示,进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0.1 m/s,A将B向空间站方向轻推后,A的速度变为0.2 m/s,求此时B的速度大小和方向.
答案 0.02 m/s　远离空间站方向
解析 以远离空间站方向为正方向,则v0=0.1 m/s,vA=0.2 m/s,由动量守恒定律得(mA+mB)v0=mAvA+mBvB解得vB=0.02 m/s方向为远离空间站方向.