高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭课前预习ppt课件

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1.通过实验认识反冲运动,能举出反冲运动中的实例,知道火箭的发射是反冲现象。2.能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出解释。3.了解我国航天事业的巨大成就,增强对我国科学技术发展的信心。
1.定义:一个静止的物体在 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 的方向运动的现象。2.规律:反冲运动中,相互作用力一般较大,满足 定律。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 。(2)防止:用枪射击时,由于枪身的 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,以减少反冲的影响。
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,请说明一下原理。
答案: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。
1.工作原理:喷气式飞机和火箭的飞行应用了 的原理,它们靠 .的反冲作用而获得巨大的速度。2.决定火箭增加的速度Δv的因素(1)火箭喷出的燃气的速度。(2)火箭喷出物质的 与火箭本身的质量之比。喷气速度 ,质量比 ,火箭获得的速度越大。
答案:火箭的分级可以逐级减轻火箭的质量,提高了火箭的质量比,有利于提高火箭的最终速度。
如图所示为某运载火箭发射过程中的几个瞬间,图甲是火箭点火开始飞行的瞬间,图乙是助推器分离的瞬间,图丙是火箭一、二级分离的瞬间。现代使用的航天火箭几乎都分成几级。在使用时,总是让第一级火箭先燃烧,当燃尽了全部推进剂以后,就被丢弃并点燃第二级火箭……为什么火箭要这样分级制造呢?
要点一　对反冲运动的理解和应用
(教材第25页“做一做”改编)吹起来的气球松手后喷出气体,同时向相反方向飞去;发射炮弹时,炮弹从炮筒中飞出,炮身会向后退;乌贼喷出水后,它的身体能很快地向相反方向运动。结合这些事例,体会反冲的概念。探究:(1)反冲现象中物体的受力有什么特点?答案:(1)发生反冲的两物体受方向相反、大小相等的作用力,两物体在这对相互作用力的作用下向相反方向运动。(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化?答案:(2)反冲运动中,相互作用的内力一般情况下远大于外力,所以可以用动量守恒定律来处理,即系统动量守恒;反冲运动中,有其他形式的能转化为机械能,所以系统的机械能增加。(3)反冲运动遵循的规律是什么? 答案:(3)反冲运动中系统动量守恒,机械能不守恒。
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)反冲运动中,相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力,所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向上动量守恒。(3)反冲运动中,由于有其他形式的能转化为机械能,所以系统的机械能增加。2.讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的方向性: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,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就要取负值。(2)速度的相对性:反冲问题中,若已知相互作用的两物体的相对速度,应先将相对速度转换成相对地面的速度,再列动量守恒方程。
[例1] 反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,小车上固定有加热装置,点燃酒精灯,一段时间后,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=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;
答案:(1)0.1 m/s　方向与橡皮塞运动的方向相反　
答案:(2)0.05 m/s　方向与橡皮塞的水平分速度方向相反
[例1] 反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,小车上固定有加热装置,点燃酒精灯,一段时间后,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=3 kg,水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1 kg。(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?(小车一直沿水平方向运动)
(1)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≫外力,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。(2)内力的存在不会改变系统的动量,但内力做功往往会改变系统的总动能。(3)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。反冲运动是作用力和反作用力都做正功的典型事例。
[即时训练1] 小车上装有一桶水,静止在光滑水平地面上,如图所示,桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门,分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)。要使小车向前运动,可采用的方法是(　 　)A.打开阀门S1B.打开阀门S2C.打开阀门S3D.打开阀门S4
解析:水和车组成的系统动量守恒,原来系统动量为0,由0=m水v水+m车v车知,车的运动方向与水的运动方向相反,故水应向后喷出,选项B正确。
要点二　火箭的工作原理分析
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。探究:(1)古代火箭的运动是否为反冲运动?答案:(1)火箭的运动是反冲运动。(2)火箭飞行利用了怎样的工作原理?答案:(2)火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理。
分析火箭类问题应注意的问题(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否为同一参考系,如果不是同一参考系要设法予以转换,一般情况要转换成对地的速度。(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。
[例2] 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,则当第三次气体喷出后,火箭的速度为多大?
[即时训练2] (多选)一冲九霄,问鼎苍穹。2021年4月29日,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站“天和”核心舱发射升空,标志着我国空间站建造进入全面实施阶段。下列关于火箭的描述正确的是(　 　)A.增加单位时间的燃气喷射量可以增大火箭的推力B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速D.火箭发射时获得的推力来自喷出的燃气与发射台之间的相互作用
解析:增加单位时间的燃气喷射量,即增加单位时间喷射气体的质量,根据FΔt=Δmv可知可以增大火箭的推力,故A正确;当增大燃气相对于火箭的喷射速度时,根据FΔt=Δmv可知可以增大火箭的推力,故B正确;当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时,此时火箭有速度,所以相对于火箭的速度不为零,火箭仍然受推力作用,仍然要加速,故C错误;燃气被喷出的瞬间,燃气对火箭的反作用力作用在火箭上,使火箭获得推力,故D错误。
要点三　反冲运动的应用——“人船”模型
如图所示,一艘小船漂浮在静水中,当人从船尾(船的左边)走向船头(船的右边)时,小船也发生了移动,不计水的阻力。探究:(1)小船发生移动的动力是什么力?小船向哪个方向运动?答案:(1)摩擦力;向左运动,即与人行走的方向相反。(2)当人走到船头相对船静止时,小船还运动吗?为什么?答案:(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)当人从船尾走到船头时,有没有可能出现如图甲或如图乙的情形?为什么?答案:(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。
“人船”模型问题(1)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)运动特点:人动船动,人停船停,人快船快,人慢船慢,人左船右。(3)各物理量之间的关系。①瞬时速度关系:用动量守恒定律求位移的题目,大都是系统原来处于静止状态,然后系统内物体相互作用,此时动量守恒表达式经常写成m1v1-m2v2=0的形式,式中v1、v2是m1、m2末状态时的瞬时速率。
[例3] (2021·广东广州月考)如图所示,长为L、质量为M=40 kg的小船停在静水中,一个质量为m=60 kg的人站在船头,若不计水的阻力,人从船头走到船尾的过程中人的位移x1=6 m。求:(1)船的位移x2;(2)船长L。
答案:(1)9 m　(2)15 m
解决“人船”模型应注意的两点(1)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(如水平方向或竖直方向)。(2)画草图: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,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移,一般为相对地面的位移。
【情境创设】在地球大气层以外的宇宙空间,基本上按照天体力学的规律运行的各类飞行器,又称空间飞行器。航天器是执行航天任务的主体,是航天系统的主要组成部分。由于外太空是真空的,飞行器在加速过程中一般使用火箭推进器,火箭在工作时利用电场加速带电粒子,形成向外发射的粒子流而对飞行器产生反冲力,由于阻力极小,只需一点点动力即可以达到很高的速度。
【素养训练】我国发射的“实践9号”卫星上第一次使用了离子电推力技术,从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门。已知飞行器的质量为M,发射的是2价氧离子,发射功率为P,加速电压为U,每个氧离子的质量为m,元电荷为e,原来飞行器静止,不计发射氧离子后飞行器质量的变化。求:(1)射出的氧离子速度大小;
我国发射的“实践9号”卫星上第一次使用了离子电推力技术,从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门。已知飞行器的质量为M,发射的是2价氧离子,发射功率为P,加速电压为U,每个氧离子的质量为m,元电荷为e,原来飞行器静止,不计发射氧离子后飞行器质量的变化。求:(2)每秒钟射出的氧离子数;
我国发射的“实践9号”卫星上第一次使用了离子电推力技术,从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门。已知飞行器的质量为M,发射的是2价氧离子,发射功率为P,加速电压为U,每个氧离子的质量为m,元电荷为e,原来飞行器静止,不计发射氧离子后飞行器质量的变化。求:(3)射出离子后飞行器开始运动的加速度大小。
1.(教材第27页第1题改编)一架喷气式飞机,如果它向后喷出的气体相对飞机的速度为800 m/s,以下说法正确的是(　 　)A.若飞机对地速度已大于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相反B.若飞机对地速度已小于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相同C.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度不会增大D.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度还会增大