高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律6 反冲现象 火箭评优课课件ppt

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你知道章鱼、乌贼怎样游动的吗？它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地运动。章鱼能够调整自己的喷水口的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。
你认为宇航员和章鱼运动时应用了什么物理原理吗？
1.定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象．
①物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。
②系统所受外力一 般不为零，但远远小于内力。
4. 反冲的应用与防止：
灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，转动方向与水的喷射方向相反,水的前进导致管的后退，弯管就旋转起来。
水上滑行能让你在水底潜行，并向海豚一般跃出水面，激起层层浪花，它动作如钢铁侠一般带劲!通过喷射装置产生的巨大推动力，可以产生100马力，并将上升高度提升至接近10米甚至更高，让你领略高于一切的海岸新视角!作者：
2017年5月5日，中国第一架国产大型喷气式客机C919顺利完成它的首次飞行。C919是商飞公司按照国际标准研发、制造的大型喷气式民用飞机，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。
中国新型履带式自行榴弹炮炮车的履带表面有较深的突起抓地钩型设计是为了增大摩擦力，止退犁和两个液压缓冲器，都是为了在火炮连射时起到“止退”的作用，提高命中精度而精心设计的。
【例题】机关枪重8Kg，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后退速度vˊ是多大？
【解析】机枪和子弹这一系统动量守恒，取子弹的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：0=mv -Mvˊ vˊ = ( m / M ) v =[(0.02÷8) x 1000]m/s =2.5m/s
1.速度的矢量性 对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．
讨论反冲运动应注意的两个问题
2.速度的相对性 在反冲问题中，若给出的速度是物体间的相对速度，应用动量守恒定律列方程时，应将相对速度转化为相对于同一参考系的速度。
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，火箭由于反冲而向前运动。
现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
思考：火箭最终获得速度由什么决定呢？
【例题】火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为V0，燃料燃尽后火箭的速度V为多大？
【解析】在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。
设火箭的速度方向为正方向，
由动量守恒得：0= mV -（M-m)V0
结论——决定火箭最大飞行速度的因素：
喷气的速度：目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在2000m/s到5000m/s 要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度.
如何解决卫星发射问题？
质量比：火箭的质量比在6～10 左右
火箭在飞行过程中抛掉空壳后，可以使m变得更小，从而使得质量比增大，进而提高火箭最终所能获得的速度。
要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。
苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出多级火箭的概念：把火箭一级一级接在一起，第一级燃料用完后把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，一级一级连续工作，理论上火箭速度可以提的很高。
实际应用中一般不会超过4级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。
运载火箭一般采用液体推进剂，第一、二级多用液氧、煤油或四氧化二氮。末级用液氧、液氢高能推进，称为低温液体火箭，技术比较复杂，目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术.
目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的“能源”号，它长60米，底部最大直径20米，重3000多吨，能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多的上亿美元。不能重复使用，资源浪费大。
v人地= v人车 + v车地
注意：上式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
三、动量守恒定律中的相对速度
【例题】总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为(　　)A．v0＋mu/M B．v0－mu/MC．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m)
【分析】设向前为正方向。燃料相对地速度V1=V-u2.喷射前后火箭、燃料系统动量守恒MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
【例题】如图所示，装甲车和其中炮弹的总质量为M，正沿轨道向右匀速行驶，其速度为v0，发射一枚质量为m的炮弹后，装甲车的速度变为v，仍向右行驶．若不计轨道的摩擦，求炮弹射出炮口时相对于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
【分析】设相对炮口速度为u,则对地速度为u+v.动量守恒：MV0=(M-m)v+m(u+v)则u=M(v0-v)/m
问题情景：静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？
【分析】由系统动量守衡： m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t m s人 = M s船 ---------- ① s人 + s船 = L ----------②
【拓展应用】载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？
【分析】由系统动量守恒： mv1＝Mv2 则 mH＝Ms， 且 s＋H＝L L＝(1＋m/M)H
1.解前画出人、船位移草图；2.运动情况：人走船行、人停船停；人加速船加速、人减速船减速。3.原理：动量守恒定律4.人船速度关系：0=mv1-MV2.则v1/v2=M/m, 任意时刻速度与质量成反比。5.人船位移关系： mx1-MX2=0, 则x1/x2=M/m。 x1+x2=L L----船的长度 则：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
【典例1】（多选）（2022·甘肃·临洮县文峰中学高二阶段练习）一只质量为0.9kg的乌贼吸入0.1kg的水后，静止在水中。遇到危险时，它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出，以大小为2m/s的速度向前逃窜。下列说法正确的是（　　）A．乌贼喷出的水的速度大小为18m/sB．在乌贼喷水的过程中，乌贼所受合力的冲量大小为0.9N·sC．在乌贼喷水的过程中，乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大D．在乌贼喷水的过程中，有18J的生物能转化成机械能
【典例2】（2022·广东·佛山市第四中学高二阶段练习）2021年9月17日13时30分，“神舟十二号”返回舱在东风着陆场安全降落。“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图如图所示，其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置沿竖直方向匀速下降，为确保返回舱能安全着陆，在返回舱距地面1m左右时，舱内宇航员主动切断与降落伞的连接（“切伞”），同时点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭向下喷气过程中返回舱减至安全速度。已知“切伞”瞬间返回舱的速度大小v1=10m/s，火箭喷出的气体速度大小v2=1082m/s，火箭“喷气”时间极短，喷气完成后返回舱的速度大小v3=2m/s，则喷气完成前、后返回舱的质量比为（　　）A．45：44B．100：99C．125：124D．135：134
【典例3】（2022·重庆南开中学高二期末）西晋史学家陈寿在《三国志》中记载：“置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣。”这就是著名的曹冲称象的故事。某同学欲挑战曹冲，利用卷尺测定大船的质量。该同学利用卷尺测出船长为L，然后慢速进入静止的平行于河岸的船的船头，再从船头行走至船尾，之后，慢速下船，测出船后退的距离d与自身的质量m，若忽略一切阻力，则船的质量为（     ）A． B． C． D．
【典例4】2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。携带火星车的着陆器与环绕器分离后，最后阶段利用反推火箭在火星表面实现软着陆，设着陆器总质量为M，极短时间内瞬间喷射的燃气质量是m，为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后，其下落的速率从v0减为v，需要瞬间喷出的燃气速率约为（　　）A．v0-v B．C． D．
【典例5】光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面体A，斜面体质量为M、底边长为L，如图所示。将一质量为m、可视为质点的滑块B从斜面的顶端由静止释放，滑块B经过时间t刚好滑到斜面底端，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（　　）A．滑块B下滑的过程中，A、B组成的系统机械能不守恒，水平方向动量守恒B．滑块B下滑到斜面体底端时，重力的瞬时功率为C．滑块下滑过程中，支持力对B做负功D．此过程中滑块B向右滑动的距离为
【典例6】如图所示，在光滑水平面上有一小车，小车上固定一竖直杆，总质量为M，杆顶系一长为 l 的轻绳，绳另一端系一质量为m的小球，绳被水平拉直处于静止状态，小球处于最右端。将小球由静止释放，重力加速度为g，求小球摆到最低点时小车向右移动的距离。
【解析】当小球到达最低点时，设小球向左移动的距离为s1，小车向右移动的距离为s2，根据动量守恒有：
ms1=Ms2，s1＋s2=l