1.6 反冲现象 火箭 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

1.6 反冲现象 火箭 复习回顾： 1、碰撞的分类（从两个角度回答）? 2、弹性碰撞有什么规律？ 3、弹性碰撞的两种模型？碰后的速度表达式？ 4、完全非弹性碰撞的规律？共同的速度？损失的动能表达式？ 5、碰撞中的弹簧模型和板块模型？ 6、碰撞问题中遵循的三个规律？ 2 你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？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。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。 章鱼游动时体现了什么物理原理？ 你认为章鱼游水时应用了什么物理原理？ 一、反冲作用 1.定义：一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,由动量守恒定律可知,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动,这个现象称为反冲。 2.特点 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 (2)反冲现象中,相互作用力一般很大,通常可以用动量守恒定律来处理。（3）系统机械能增加 3. 原 理：遵循动量守恒定律 P' = P 即 m1v1 + m2v2 = 0 4.反冲的应用与防止： ①灌溉喷水 农田、园林的喷灌装置利用反冲实现一边喷水一边旋转 ②水上滑行 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 ③ 喷气飞机 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。 ④大炮止退犁（防止武器的 后坐力） 例1 、 机关枪的质量 M＝ 8 kg，射出的子弹质量 m＝ 20 g，若子弹从枪口飞出的速度 ʋ＝ 1000 m/s，则求机关枪后退 的速度大小 ʋ'。 由此题引出反冲运动的应用和防止，说明看待事物得一分为二。然后，再引入反冲运动的一个重要应用——火箭。 最早的载人火箭的记录是明代一名叫万户的人，他坐在绑有几十支火箭的椅子上。手拿两个大风筝，叫人点燃火箭，想使自己飞上天去，但他失败了，而且为此献出了生命。他的为科学献身的精神是令人敬佩和值得我们学习的。 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。 二、火箭 现代火箭 思考：火箭最终获得速度由什么决定呢？ 例2、火箭携带的燃料质量为m，短时间内以对地为V0的速度将燃料喷射完，燃料燃尽后火箭的质量为M，则火箭速度V为多大？ 解: 火箭发射过程中，内力远大于外力。 取向上为正方向，由动量守恒得 0= MV-mV0 得：V= 质量比 喷气速度 V0 V=？ 正 质量比：火箭燃料的质量与火箭壳的质量之比。 1.工作原理: 反冲运动 2.影响因素: ①喷火速度 ②质量比 2000m/s到5000m/s 6～10倍左右 V= 要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。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。因此设计成多级火箭 要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到要求。 思考:这个喷火速度是相对于谁的速度? 二、火箭 例3. 一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动，若其沿运动方向的相反方向释放出一物体P，不计空气阻力，则 （ ） A. 火箭一定离开原轨道运动 B. 物体 P 一定离开原来原轨道运动 C. 火箭运动半径一定增大 D. 物体运动半径一定减小 AC 例5、 系统水平方向动量守恒 坦克静止在光滑的平直轨道上，坦克的质量M（不含子弹），发射子弹的质量为m，当与水平方向成θ角发射子弹时，求坦克相对于地面的速度为v’。 mv0cos θ+Mv’=0 （1）炮车和炮弹组成的系统动量守恒吗？ 问题：如右图所示，长为L，质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人站在船头，若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地的位移各是多少? S人 S船 人船模型 例题：如右图所示，长为L，质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人站在船头，若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地的位移各是多少? S人 S船 分析：人和船组成的系统动量守恒得 mv人－Mv船=0 mv人=Mv船 ms人=Ms船 ms人=Ms船 又s人+s船=L 适用条件： １．系统原来是静止的 ２．系统动量要守恒 三、人船模型 1、两个物体组成的系统原来处于静止状态,在系统中物体发生相对运动的过程中,动量守恒或某一个方向动量守恒,有m1v1-m2v2=0,我们称之为“人船模型”。 2.模型结论 (1)人走船行,人停船停;人快船快,人慢船慢。 (2)x人、x船大小与人运动时间和运动状态无关。 s船 s人 m船s船=m人s人 3.规律： L L=s船+s人 得:s船= 得:s人= 注意：总位移与 质量成反比 4.人船模型四大变式类型 变式1：水平面 如图所示，质量为M=200kg,长为b=10m的平板车静止在光滑的水平面上，车上有一个质量为m=50kg的人，人由静止开始从平板车左端走到右端，求此过程中，车相对地面的位移大小？ 解：以人和车组成的系统为研究对象，设人和车的位移分别为S1, S2。　　由题意，根据动量守恒定律可得 S１ M S２ m —— = —— 又由几何关系可知：S1+S2=b 代入数据联立解得：S1=8m, S2=2m S1 S2 b m1 m2 解：取人和气球为对象，系统开始静止且同时开始运动，可知系统所受外力之和为零。人到地面时，人对地的位移为Ｈ，设气球对地位移h（如图所示），则根据动量守恒定律 因此绳的长度至少为 L=H+h= (M+m)H M 得 = — m M H h 载人气球原来静止在空中（如图所示），质量为M，下面拖一条质量不计的软梯，质量为m的人（可视为质点）站在软梯上端距地面高度为Ｈ，若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度L至少为多长？ h Ｈ 地面 变式2：竖直方向 24 分析和解答：劈和小物块组成的系统水平方向不受外力，故水平方向动量守恒，且初始时两物均静止，设物块的水平位移为s1，故由动量守恒定律 可得 ms1=Ms2 由几何关系可得：s1=b-s2 联立上式得 s2=mb/(M+m) 即为M发生的位移。 一个质量为M,底面边长为 b 的劈静止在光滑的水平面上，见左图，有一质量为m 的物块由斜面顶部无初速滑到底部时，劈移动的距离是S2多少？ b S2 S1 变式３：斜面 可见，处理此类题，除熟记动量守恒定律外，关键是确定位移关系。 M m 25 A B 解：由题意，m1,m2组成的系统水平方向动量守恒，所以根据动量守恒定律得： — ＝ — s1　　m2 s2 m1 又由几何关系知：S1+S2=R 联立上式解得： ＿＿＿ S1=　　 　 Ｒ m2 m1＋m2 ＿＿＿ SB=　　 　 Ｒ m1 m1＋m2 S A SB R 如图所示，一滑块B静止在光滑水平面上，其上一部分为半径是Ｒ的1/4光滑圆轨道，此滑块总质量为m2，一个质量为m1的小球A(可视为质点)由静止从最高点释放，当小球从最低点水平飞出时，小球和滑块对地的位移S1,S2分别为多大？ 变式４：曲面 ［思考题］曲面 如图所示，质量为3m，半径为R的大空心球B（内壁光滑）静止在光滑水平面上，有一质量为 m 的小球A（可视为质点）从与大球球心等高处开始无初速下滑，滚到另一侧相同高度时，大球移动的距离为（　　） A、R B、R/2 C、R/3 D、R/4 27 分析：滑块下滑产生弹力，与大球组成相互作用的系统，由于水平面光滑，故该系统水平方向动量守恒。 解 设大球的位移为sB，则由图可知，小球在水平方向上对地的位移为sA=（2R-sB），取大球的运动方向为正，由动量守恒定律得 SB SA 2R = SA 3m SB m 联立解得SB=R/2 28 例6、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． D 例7. 如图所示， 质量为 M、倾角为θ、长度为s的斜面放在光滑水平地面上，一个质量为 m 的物块 A，由斜面顶端自由下滑，求当 物块A滑到斜面底端时，斜面在水平地面上移动的距离为多少？ x scosθx 反冲运动 火箭 反冲运动 1．定义：静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。 2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律 3． 应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等 防止：射击时，用肩顶住枪身 火箭 1．飞行的原理---利用反冲运动 2．决定火箭最终飞行速度的因素 喷气速度 质量比 小结： 人船 模型 1．原理 2．四种变式模型 例4.(2013·江苏·12(3))如图8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． 解析　以空间站为参考系，以携手远离空间站的速度的方向为正方向，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． Lavf57.83.100 $$