物理人教版 (2019)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自信。
1．定义　原来静止的系统在____的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分向____方向运动的现象。
探究重构·关键能力达成
提醒　被分离的一部分物体既可以是高速喷射出的液体、气体，也可以是固体。
2．规律　反冲现象中，系统内力很大，外力可忽略，满足_______________。3．反冲现象的防止及应用(1)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的______，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。(2)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____。　
两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5 m时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m，跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳，结果却掉到了水里。
问题1　这位同学为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？
提示：这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动量守恒定律。在她向前跳起瞬间，船要向后运动。
问题2　这种现象属于什么物理现象？
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，所以系统的总机械能增加。
2．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来进行研究。
[思路点拨]　本题的研究对象是章鱼和喷出的水，注意章鱼喷水时要消耗自身的能量，同时还要注意速度的矢量性和相对性。
规律方法　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。
1．工作原理利用____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，使火箭获得巨大速度。2．影响火箭获得速度大小的因素一是________，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比。喷气速度____，质量比____，火箭获得的速度越大。
提醒　由火箭的工作原理可知，与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气。
多级运载火箭发射时，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。问题1　火箭点火后能加速上升的动力是什么力？
提示：燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升。
问题2　要提升运载物的最大速度可采用什么措施？
提示：提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳。
1．工作原理应用反冲运动，其反冲过程动量守恒。它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度。
2．分析火箭类问题应注意的三个问题(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。
【典例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，发动机每秒喷气20次，当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大？　
[思路点拨]　火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解。
[母题变式]在[典例2]中，若发动机每次喷出200 g的气体，气体离开发动机喷出时相对火箭的速度v＝1 000 m/s，则当第一次气体喷出后，火箭的速度多大？　
提示：由动量守恒定律(M－m)v1－m(v－v1)＝0，解得v1≈0.67 m/s。
规律方法　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。
如图所示为一条约为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。
知识点三　“人船模型”问题
问题1　小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？
提示：摩擦力。向左运动，即与人行走的方向相反。
问题2　当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？
提示：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。
问题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？
提示：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。
2．“人船模型”中的规律(1)人船模型中的动力学规律：由于组成系统的两物体受到大小相同、方向相反的一对力，故两物体速度或位移与质量成反比、方向相反。这类问题的特点是两物体同时运动，同时停止。(2)人船模型中的动量与能量规律：由于系统不受外力作用，故遵守动量守恒定律，又由于相互作用力做功，故系统或每个物体动能均发生变化。用力对“人”做的功量度“人”动能的变化；力对“船”做的功量度“船”动能的变化。
【典例3】　(多选)如图所示，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一光滑圆弧轨道，BC段是长为L的粗糙水平轨道，两段轨道相切于B点。一质量为m的可视为质点的滑块从小车上的A点由静止开始沿轨道下滑，然后滑入BC轨道，最后恰好停在C点。已知小车质量M＝4m，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则(　　)　
1．一人静止于光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是(　　)A．向后踢腿B．向后甩手 C．脱下衣服或鞋子水平抛出 D．脱下衣服或鞋子竖直向上抛出
应用迁移·随堂评估自测
C　[以人作为整体为研究对象，向后踢腿或手臂向前甩，人整体的总动量为0，不会运动起来，故A、B错误；把人和外衣、鞋视为一整体，这个整体动量为0，人给外衣或鞋子一个水平速度，总动量不变，所以人有一个反向的速度，可以离开冰面，故C正确；把人和外衣、鞋视为一整体，这个整体动量为0，人给外衣或鞋子一个竖直方向的速度，水平方向的总动量仍然等于0，所以人仍然静止，不能离开冰面，故D错误。]
2．航天员离开空间站太空行走时，连同装备共100 kg，在离飞船60 m的位置与空间站处于相对静止的状态，装备中有一个高压气源，能以50 m/s的速度喷出气体，为了能在 5 min 内返回空间站，他需要在开始返回的瞬间至少一次性向后喷出气体的质量是(不计喷出气体后航天员和装备质量的变化)(　　)A．0.10 kg　　　B．0.20 kg　　　C．0.35 kg　　　D．0.40 kg
4．(新情境题，以空间飞行器为背景，考查反冲原理)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，称为空间飞行器。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反冲推进器，某种推进器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，由于太空阻力极小，只需一点点动力即可以达到很高的速度。我国发射的“实践九号”携带的卫星上第一次使用了上述离子电推力技术，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；(2)每秒钟射出的氧离子数；(3)射出离子后飞行器开始运动的加速度大小。
回归本节知识，自我完成以下问题：1．反冲过程中以相互作用的两部分为系统是否满足动量守恒？
2．火箭的工作原理是什么？
3．应用反冲原理分析火箭发射时，研究对象是什么？
提示：箭体和喷出的气体。
航天员太空行走太空行走又称为出舱活动。是载人航天的一项关键技术，是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标，需要诸多的特殊技术保障。
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帮助航天员实现太空行走的是自足式手提机动喷射器。这个装置主要由两个氧气储罐和一个压力调节器组成，重3.4 kg，其中高压氧气推进剂重约0.13 kg。它每秒能产生约181 N的推力，行进速度为1.82 m/s，相当于普通人慢跑的速度。该装置有3个喷管，2个喷管对着后方，1个喷管对着前方。开动对着后方的2个喷管，即可推着航天员向前移动，开动对着前方的1个喷管，即可停止移动。
问题1．航天员太空行走用到的自足式手提机动喷射器的原理是什么？
2．航天员太空行走速度的快慢和什么有关？
提示：手提机动喷射器的喷射速度和喷出气体的质量。
题组一　反冲现象1．下列图片所描述的事例或应用中，没有利用反冲运动原理的是(　　)
课时分层作业(五)　反冲现象　火箭
A．喷灌装置的自动旋转
B．章鱼在水中前行和转向
D．码头边轮胎的保护作用
D　[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，火箭发射时利用喷气的方式而获得动力，利用了反冲作用，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。]
3．如图所示，被一细线固定的A、B两个物体静止在光滑水平面上，物体A、B之间的弹簧处于压缩状态，但与物体A、B不拴接，且物体A、B的质量关系满足mA＝2mB。当烧断细线后，物体A、B的动能之比为(　　)A．1∶2　　B．2∶1　　C．1∶1　　D．4∶1
5．(多选)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
题组三　“人船模型”7．(多选)如图所示，载有物资的、总质量为M的热气球静止于距水平地面H的高处，现将质量为m的物资以相对地面竖直向下的速度v0投出，物资落地时与热气球的距离为d。热气球所受浮力不变，重力加速度为g，不计阻力。下列说法正确的是(　　)
10．如图所示，质量为M的滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动，质量为m的小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连，绳长为L。开始时，轻绳处于水平拉直状态，小球和滑块均静止。现将小球由静止释放，当小球到达最低点时，滑块刚好被一表面涂有黏性物质的固定挡板粘住，在极短的时间内速度减为零，小球继续向左摆动到绳与竖直方向的夹角为60°时达到最高点。滑块与小球均视为质点，空气阻力不计，重力加速度为g，则以下说法正确的是(　　)
11．如图所示，一辆质量M＝3 kg的小车A静止在光滑的水平面上，小车上有一质量m＝1 kg的光滑小球B，将一轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能为Ep＝6 J，小球与小车右壁距离为l，解除锁定，小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住，求：(1)小球脱离弹簧时，小球和小车各自的速度大小；(2)在整个过程中，小车移动的距离。
12．在光滑的冰面上，放置一个截面为四分之一圆的半径足够大的光滑自由曲面体，一个坐在冰车上的小孩手扶一球静止在冰面上。某时刻小孩将球以大小为v0的速度向曲面推出，如图所示。已知小孩和冰车的总质量为m1＝40 kg，球的质量为m2＝2 kg，若小孩将球推出后还能再接到球，求曲面体的质量m3应满足的条件。