1.6 反冲现象 火箭（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

第一单元 动量守恒定律 6. 反冲现象 火箭 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 认识反冲运动，能运用力与运动的观念、能量观念和动量守恒的观念分析过程。 2科学思维： 在系统对象的分析下，用内力解释反冲作用过程和动量守恒。培养学生思考分析能力。培养建构模型能力。能够推理论证生产生活中的有关现象，并提出创新性实验方案。 3科学探究： 经历对反冲过程的探究，尝试用科学探究的方法研究物理问题。能在观察和实践中发现问题、提出假设；具有设计探究方案和获取证据的能力。解释并交流实践成果和创新经验。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，关注和关心祖国航天航空事业的发展，激发献身祖国科学事业发展的热情。 核 心 素 养 一、驱动问题 乌贼在海底遇到危险又一个办法可以快速逃脱。那就是通过向后快速喷水而使自己获得朝向没有危险地方的速度。这是什么原理呢，它的动量还守恒吗，你准备怎么研究呢？ 点击视频播放 点击视频播放 一、驱动问题 二、反冲现象 一、做一做 把气球吹满气，然后松手，气球会怎样？ v’ v M-m m F F’ 二、反冲现象 力学角度： 动量角度： 当向前喷气的时候，为什么小车会往后运动？ 气球里面的气体向左喷出，装置给被喷出的气体一个往左的力，根据牛顿第三定律，被喷出的气体会给小车一个向右的作用力。 小实验 小车一开始是静止的，初动量为0。运动中如果属于内力远大于外力的情况，运动过程动量守恒，所以气体向前喷出时，小车必然往后运动。 二、反冲现象 二、反冲运动 （2）物体受到的反冲作用通常叫做反冲力 1、定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。 2、表达式： 矢量式 标量式 （3）这里的“相反的方向”应该理解为一部分相对于另一部分的运动方向相反 （1）特点：内力远大于外力，此过程遵循动量守恒定律 二、反冲现象 弹性势能转化为动能 化学能转化为动能 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。 二、反冲现象 生活中的反冲 二、反冲现象 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。 3.规律 （2）动量角度: 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，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理。 （3）能量角度: （1）动力学角度: 相互作用的两部分物体内力远大于作用在任意一部分其上他外力，可近似认为任一一部分物体合外力近似等于内力，由于内力很大，任意部分加速很快。 二、反冲现象 4.反冲的应用与防止 你知道反冲运动在生产生活中和科学技术中有哪些应用吗？ （1）灌溉喷水 （2）水上滑行 （3）喷气飞机 二、反冲现象 4.反冲的应用与防止 在生产生活中和科学技术中有哪些地方需要防止反冲带来的危害吗？ 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。 二、反冲现象 4.反冲的应用与防止 在生产生活中和科学技术中有哪些地方需要防止反冲带来的危害吗？ 枪托一般比较重， 在射击时，将枪托置于肩膀上，形成一个稳定的支撑点，可以有效减少后坐力的影响。这是因为将枪托抵在肩部能够分散后坐力，避免直接冲击身体，从而提高射击的稳定性和准确性‌。 三、火箭 点击视频播放 三、火箭 一、情景思考：水火箭发射前的总质量为M、水喷尽后的质量为m，水的喷射速度为v1，求水喷尽后火箭的飞行速度v为多大？ 空气阻力、重力 影响水火箭速度的主要因素有哪些？ （1）水喷射的速度 【分析】火箭发射过程中内力远大于外力，所以动量守恒。（以火箭的速度方向为正方向）  则： mv －（M-m）v1= 0 （2）水火箭的质量比（即火箭开始飞行时的质量与水喷尽时的质量之比） 三、火箭 二、火箭 提高火箭速度的办法有哪些？ 提高喷气速度 提高火箭的质量比 阅读课文，了解中国火箭发展历程和总结人类通过哪些途径提高火箭质量比和喷气速度？ 火箭的质量比（即火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）目前的技术条件下，火箭的质量比在6-10左右。 三、火箭 二、火箭 如何提高火箭燃气的喷射速度？ 【提示】要提高喷气速度，就要使用高质量的燃料， 目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。 如何提高火箭提高火箭质量比？ 【提示】多级火箭能及时把空壳抛掉，使火箭的总质量减少，因而能够达到很高的速度，但火箭的级数不是越多越好，级数越多构造越复杂，工作的可靠性越差，目前多级火箭一般都是三级。 1 3 第1级火箭 第2级火箭 第3级火箭 有效负荷 动力系统 制导与控制系统 三、火箭 二、火箭 我国早在宋代就发明了火箭，在箭支上扎个火药筒，火药筒的前端是封闭的，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。 1.古代火箭 三、火箭 火箭喷气速度在2000---4000m/s，近期内难以大幅度提高，所以，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。 三、火箭 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。 三、火箭 2024年8月29日13时22分，我国太原卫星发射中心在山东附近海域成功发射谷神星一号海射型遥三运载火箭，搭载发射的云遥一号15星-17星、吉天星A-03星、苏星一号01星、天辅高分二号卫星顺利进入预定轨道，“一箭六星”获得圆满成功。 点击视频播放 三、火箭 2.现代火箭 现代火箭较古代火箭结构复杂得多，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。 三、火箭 【例1】 一个连同装备总质量为M＝100 kg的宇航员，在距离飞船s＝45 m处与飞船处于相对静止状态，他准备对太空中的哈勃望远镜进行维修，宇航员背着装有质量为m0＝0.5 kg的氧气贮气筒，筒内有一个可以使氧气以v＝50 m/s的速度喷出的喷嘴。宇航员在维修完毕哈勃望远镜后，必须向着返回飞船方向的反方向释放氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分氧气供途中宇航员呼吸之用，宇航员的耗氧率为Q＝2.5×10－4 kg/s，如果不考虑喷出氧气对设备与宇航员总质量的影响，则： (1)喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？ (2)为了使总耗氧量最低，应该一次喷出多少氧气？返回时间是多少？ 三、火箭 【解析】(1)以飞船为参考系，设沿着飞船运动的方向为正方向，并设喷出质量为m(kg)氧气时宇航员获得的速度是v′，对于“宇航员和喷出的氧气”这一系统而言，在喷气方向上由动量守恒可得：(M－m)v′－mv＝0，考虑M≫m，有v′＝mv/M ① 宇航员返回时做匀速运动，历时t＝s/v′ ② 又筒内氧气的总质量满足关系为m0＝Qt＋m ③ 联立①②③三式得：m0＝Qs·＋m 代入数据得：m1＝0.05 kg，m2＝0.45 kg，即宇航员喷出0.05 kg或0.45 kg的氧气时，返回去刚好把剩余的氧气呼吸完，假如喷出的氧气介于m1和m2之间，则返回后还有剩余的氧气，故本问题的答案是：喷出的氧气介于0.05 kg～0.45 kg之间，即可安全返回。 三、火箭 三、火箭 三、火箭 三、火箭 三、火箭 四、人船模型 一质量为M的小船静止在水面上，站在船尾的质量为m的小孩，从静止开始向右运动。不计水的阻力，在此过程中： 1、船向哪运动？当小孩速度为v时，船速u为多大？ 小船与人组成的系统动量守恒，总动量始终为0。人动船动、人停船停；人快船快、人慢船慢；人船反向，人向右，则船向左运动。 2、当小孩向右移动位移x时，船的位移是多大？ 由mv=Mu可得 这个式子是 始终成立的！ 一、知识准备 四、人船模型 一质量为M的小船静止在水面上，站在船尾的质量为m的小孩，从静止开始向右运动。不计水的阻力，在此过程中： 3、船长为L，若小孩从船头移动到船尾，小孩和船的位移分别为多大？ x人 x船 mx人=Mx船 x人+x船=L 二、人船模型的分析 四、人船模型 水平方向 竖直方向 共同特点：总动量或某个方向的总动量守恒、且为0！ 三、人船模型的推广与应用 斜面 四、人船模型 【例3】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？ S2 S1 四、人船模型 【详解】：系统动量守衡且系统初动量为零. 结论: 人船对地位移为将二者相对位移按质量反比分配关系 处理方法: 利用系统动量守衡的瞬时性和物体间作用的 等时性,求解每个物体的对地位移. m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t m s1 = M s2 ---------------- ① s1 + s2 = L -----------② S2 S1 m M 四、人船模型 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) v1 v2 x1 x2 L M m 总结 人船模型 课堂小结 反冲运动 火箭 2、人船模型 1、反冲运动 ④防止：射击时，用肩顶住枪身 3、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 ③应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等 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规律：反冲运动中一般遵循动量守恒定律 喷气速度 质量比 课堂反馈 练习1.为了更好的认识宇宙，人们需要通过火箭把卫星发射到预定的轨道上去，关于火箭在竖直方向加速起飞的过程，下列说法不正确的是（　　） A．燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动 B．火箭喷出的气流对火箭的作用力等于火箭对喷出的气流的作用力 C．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的推进力 D．火箭携带的卫星机械能逐渐增大 课堂反馈 练习1【详解】.A．燃料用完后，自动脱落的空壳将做竖直上抛运动，故A错误，符合题意； B．火箭喷出的气流对火箭的作用力与火箭对喷出的气流的作用力是一对相互作用力，等大反向，故B正确，不符合题意； C．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的推进力，故C正确，不符合题意； D．火箭携带的卫星速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，则其机械能逐渐增大，故D正确，不符合题意。 故选A。 课堂反馈 练习2.甲、乙两人静止在光滑的水平冰面上。甲轻推乙后，两人向相反方向滑去。已知甲的质量为50kg，乙的质量为 60kg。在甲推开乙后（　　） A．甲、乙两人的动量相同 B．甲、乙两人的动能之比是 C．甲、乙两人的速度大小之比是 D．甲、乙两人的加速度大小之比是 课堂反馈 练习2【详解】A．由动量守恒可知，甲、乙两人的动量大小相同，方向相反，选项A错误； C．根据 可得甲、乙两人的速度大小之比是 选项C正确； B．甲、乙两人的动能之比是 选项B错误； D．两者之间的作用力大小相等，根据 甲、乙两人的加速度大小之比是，选项D错误。 课堂反馈 练习3.一只质量为的乌贼吸入的水，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，以的速度向前逃窜。求该乌贼喷出的水的速度大小v。 课堂反馈 练习3【详解】乌贼喷水过程，时间较短，内力远大于外力，动量守恒；选取乌贼逃窜的方向为正方向，根据动量守恒定律得 解得喷出水的速度大小为 课堂反馈 练习4.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：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 解得： 水平方向动量守恒 练习5. 质量为m的人站在质量为M，长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？ l2 l1 解：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动量始终为零，所以人、船动量大小始终相等。从图中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。设人、船位移大小分别为l1、l2 ，则：mv1=Mv2，两边同乘时间t，ml1=Ml2， 而l 1+l 2=L， ∴ 应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。 课堂反馈 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 45 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.1 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.33.100 Lavf58.28.100 Lavf58.33.100 Content Adaptive Encoding 3.1 $$