人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭课前预习课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭课前预习课件ppt，共39页。PPT课件主要包含了动量守恒定律，探究点二火箭等内容，欢迎下载使用。
基础落实·必备知识全过关
一、反冲现象1.概念　　　 反冲过程中机械能增加反冲是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。　　　　　　力大时短动量变化明显(2)反冲运动中,系统　　　　很大,　　　可忽略,可用　　　　　　　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　　　　的影响。 
【要点提示】 反冲总动量为0,两个速度共线反向。
二、火箭1.工作原理:应用了　　　　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.获得的速度:以喷气前的火箭为参考系,喷出的燃气速度为u、质量为Δm,喷出燃气后火箭的质量为m,则火箭获得的速度v=　　　　。 
3.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。 通常以喷气前的火箭为参考系(2)质量比:①火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。质量比越大,火箭速度越大。②提高质量比的方法:多级火箭。4.现代火箭的主要用途:运载工具,如发射探测仪器、人造卫星和宇宙飞船等。
情境链接 如图所示,当液体从相对的两个侧面上高低不同的小孔流出时,你看到了什么现象?它体现了什么物理原理?
提示 盒子转动起来;反冲原理,流出的液体的两个反作用力方向相反又不共线,使盒子转动。
教材拓展阅读教材P27中的“科学漫步”,写出用质量比表示的火箭速度公式,并说明提高火箭速度的方法。
易错辨析(1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。(　　)(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。(　　)(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。(　　)(4)只有系统外力的矢量和为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析。(　　)
系统内力远大于外力时,也可以用动量守恒定律来分析。
(5)火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度。(　　)(6)在火箭发射过程中,由于内力远大于外力,所以火箭箭体和燃料总动量守恒。(　　)
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探究点一　反冲运动及其应用
章鱼、乌贼游动先把水吸入体腔,然后收缩身体,通过身体上的小孔向外喷水,使身体向相反方向快速移动;农田、园林的喷灌装置能够一边喷水一边旋转,可以浇灌均匀又能扩大浇灌范围。因为喷口的朝向略微偏离半径方向,水从喷口喷出时,喷管因反冲而旋转;给一个气球吹足气,用手捏住气球的出气口,然后突然放手,让气体快速喷出,会看到气球很快地飞出。结合以上实例,体会反冲运动的概念,并思考以下问题:(1)反冲运动的物体受力有什么特点?(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化?
提示 (1)物体的不同部分受相反的作用力,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,所以系统的动量守恒;反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的机械能增加。
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利用水流与转轮的叶片间的作用力,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三个问题(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。
【例题1】 (2024山东潍坊一中高二月考)如图所示,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。如果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)
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'-m)v'=0负号表示小车运动方向与橡皮塞水平运动的方向相反,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。
答案 (1)0.1 m/s,方向与橡皮塞水平运动方向相反(2)0.05 m/s,方向与橡皮塞水平分运动的方向相反
对点演练1.(2024山东青岛十九中高二月考)如图所示,进行太空行走的航天员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。
解析 设远离空间站方向为正方向,根据动量守恒,(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,代入数据可解得vB=0.02 m/s,方向为远离空间站方向。答案 0.02 m/s　远离空间站方向
方法技巧　反冲问题的三点注意(1)内力的存在不会影响系统的动量守恒。(2)内力做的功往往会改变系统的总动能。(3)要明确反冲运动对应的过程,弄清初、末状态的速度大小和方向的对应关系。
北京时间2023年10月26日11时14分,搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射取得圆满成功。发射火箭时点燃“起火”的药捻,“起火”向下喷出气体,同时“起火”飞向高空。结合该实例,回答下列问题:(1)“起火”向上飞出的原理是什么?(2)“起火”飞行的速度与什么有关?
提示 (1)“起火”靠向下连续喷出的气体反冲向上飞行,利用了反冲原理。(2)与火药的质量和“起火”中的火药燃烧后的质量之比有关,还与喷出的气体速度有关。
1.工作原理:应用了反冲的原理,火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。2.影响火箭获得速度大小的因素(2)喷气速度:现代火箭发动机的喷气速度为2 000~4 000 m/s。
【例题2】 (2024福建福州一中高二期末)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(相对地面),设火箭与燃料总质量m'=300 kg,发动机每秒喷气20次。求:(1)原来静止的火箭第三次喷气后的速度大小;(2)运动第1 s末,火箭的速度大小。
解析 (1)方法一　喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反,系统的动量守恒。第一次气体喷出后,设火箭速度为v1,有(m'-m)v1-mv=0第二次气体喷出后,设火箭速度为v2,有(m'-2m)v2-mv=(m'-m)v1第三次气体喷出后,火箭速度为v3,有(m'-3m)v3-mv=(m'-2m)v2
方法二　选取整体为研究对象,运用动量守恒定律求解。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,根据动量守恒定律,得(m'-3m)v3-3mv=0
(2)发动机每秒喷气20次,以火箭和喷出的20次气体为研究对象,根据动量守恒定律得(m'-20m)v20-20mv=0
答案 (1)2 m/s　(2)13.5 m/s
方法技巧　分析火箭类问题应注意的三点(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。
对点演练2.(多选)(2024湖南益阳高二月考)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度(　　)A.使喷出的气体速度更大B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大D.使喷出的气体密度更小
解析 设火箭原来的总质量为m',喷出的气体质量为m,速度是v,剩余的质量为m'-m,速度是v',由动量守恒定律得(m'-m)v'=mv,得 由上式可知m越大,v'越大;v越大,v'越大,故A、C正确。
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1.(反冲运动及其应用)(2024安徽淮北一中高二月考)以下实例不是反冲现象的是(　　)A.当枪发射子弹时,枪身会同时向后运动B.乌贼向前喷水从而使自己向后游动C.火箭中的火药燃烧向下喷气推动自身向上运动D.战斗机在紧急情况下抛出副油箱以提高机身的灵活性
解析 当枪发射子弹时,枪身同时受到一个反向的力会向后运动,故A是反冲现象;乌贼向前喷水从而使自己受到一个向后的力,向后游动,故B是反冲现象;火箭中的火药燃烧向下喷气而自身受到一个向上的推力,推动自身向上运动,故C是反冲现象;战斗机抛出副油箱,质量减小,惯性减小,机身的灵活性提高,故D不是反冲现象。
2.(反冲运动及其应用)(2024湖南长沙高二期中)一探测器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动,探测器通过喷气而获得推动力,以下关于喷气方向的描述正确的是(　　)A.探测器加速运动时,沿直线向后喷气B.探测器加速运动时,竖直向下喷气C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气D.探测器匀速运动时,不需要喷气
解析 探测器加速运动时,通过喷气获得的推动力,与月球对探测器的引力的合力沿加速运动方向,选项A、B错误;探测器匀速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零,根据反冲运动的特点可知选项C正确,D错误。
3.(反冲运动及其应用)(2024安徽滁州高二期末)带子弹的步枪质量为5 kg,一颗子弹的质量为10 g,子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s,则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　)A.2 m/sB.1.8 m/sC.3 m/sD.4 m/s
解析 设子弹和枪的总质量为m总,子弹质量为m,以子弹从枪口飞出时速度的反方向为正方向,由动量守恒定律得(m总-m)v1-mv2=0,得
4.(火箭)(2024江苏无锡高二月考)将模型火箭放在光滑水平面上点火,燃气以某一速度从火箭喷口在很短时间内全部喷出。火箭在水平面上滑行,在燃气从火箭喷口喷出的过程中,下列说法正确的是(空气阻力可忽略)(　　)A.火箭对燃气作用力的冲量大于燃气对火箭作用力的冲量B.火箭对燃气作用力的冲量小于燃气对火箭作用力的冲量C.火箭的动量比喷出的燃气的动量大D.火箭的动能比喷出的燃气动能小
解析 根据牛顿第三定律,火箭与燃气之间的作用力的大小相等,方向相反,作用时间相同,根据冲量的定义式I=Ft可知,火箭对燃气作用力的冲量大小等于燃气对火箭作用力的冲量大小,故A、B错误;根据动量守恒定律,系统初动量为零,所以末动量也为零,即火箭的动量与喷出的燃气的动量大小相等,方向相反,故C错误;根据动量与动能的关系 ,二者动量大小相等,但火箭的质量大,所以火箭的动能小,故D正确。
5.(火箭)(2024云南玉溪第一中学高三月考)课外科技小组制作一支“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2×10-4 m3/s,喷出速度保持为对地10 m/s。启动前火箭总质量为1.4 kg,则启动2 s后火箭的速度可以达到多少?(已知火箭沿水平轨道运动且阻力不计,水的密度是1.0×103 kg/m3)