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

第一章 动量守恒定律 第6节 反冲运动 火箭 1.动量守恒定律成立的条件： (1)系统不受外力或所受外力的合力为零 (2)系统的内力远大于外力 (3)系统在某一方向上不受外力或所受外力的合力为0 2.动量守恒定律的物理模型. (1)滑块在气垫导轨上相撞(冰壶运动) (2)物体发生爆炸 (3)两小球在同一高度球心正碰 回顾：动量守恒条件及相关模型 乌贼的运动 水母的游动 实例导入 1.结合视频，你是否可以说明一下乌贼是如何向前运动的 向后排出水（气体），自身向前运动 (2)它们的运动体现了怎样的物理原理 动量守恒 (3)总结、归纳乌贼、水母运动的特点 初始状态静止、分成两部分（内力作用）、朝相反方向运动 思考与讨论 1.反冲运动 (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． (2).特点： 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。 ③有其他形式的能转化成动能，系统总动能增加。 (3). 原 理： 遵循动量守恒定律 P‘ = P m1v1 + m2v2 = 0 负号就表示作用后的两部分运动方向相反 学习任务一：反冲现象 (4). 注意： ①速度的矢量性： 分裂后的两部分运动方向必然相反。 ②速度的相对性： 转化为相对于同一参考系的速度。 多角度解析反冲运动 1.从动量的角度理解反冲运动 动量守恒定律 2.从力的角度解释反冲运动 牛顿第三定律 3.从能量的角度分析反冲运动 能量守恒（系统内能转化为动能） （1）应用：乌贼游泳；喷灌；喷气式飞机；火箭等 （2）防止：枪射击时枪身向后反冲等 学习任务一：反冲现象 2.反冲运动的应用和防止 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。 灌溉喷水器 反冲的应用 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。 大炮止退犁 反冲的防止 (1)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。 (　　) (2)反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子。(　　) (3)一切反冲现象都是有益的。(　　) (4)只有系统合外力为零时，反冲运动才能用动量守恒来解释。 (　　) × √ × √ 判断 　乌贼在水中运动方式是十分奇特的，它不用鳍也不用手足，而是靠自身的漏斗喷射海水推动身体运动，在无脊椎动物中游泳最快，速度可达15 m/s。逃命时更可以达到40 m/s，被称为“水中火箭”。如图所示，一只悬浮在水中的乌贼，当外套膜吸满水后，它的总质量为4 kg，遇到危险时，通过短漏斗状的体管在极短时间内将水向后高速喷出，从而迅速逃窜，喷射出的水的质量为0.8 kg，则喷射出水的速度为 A.200 m/s B.160 m/s C.75 m/s D.60 m/s B 例1 　如图所示，自行火炮车同炮弹的总质量为M，炮管水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮车的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度v0为 例2 B 自行火炮车水平匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，系统动量守恒。设向右为正方向，发射前动量之和为Mv1，炮弹相对炮筒的发射速度为v0，则炮弹对地的速度为v0＋v2，发射后系统的动量之和为(M－m)v2＋m(v0＋v2)，由Mv1＝(M－m)v2＋m(v0＋v2)，解得v0＝ 学习任务二：火箭 火箭的飞行应用了反冲原理，它们都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。（探月工程、北斗导航、“天宫”空间站） 学习任务二：火箭 设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v. 求燃料燃尽后火箭的飞行速度为v′． 解：在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以动量守恒。取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0， 由动量守恒定律得： 14 思考与讨论 1.根据你求得的结果，说明影响火箭速度的主要因素有哪些？ （1）喷气速度 （2）质量比（起飞时的总质量与火箭本身的质量之比） 2.如果让你设计一枚火箭，你该如何让火箭获得更大的速度？ （1）使用液氢液氧作为燃料和助燃剂 （2）采用多级火箭设计 现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称运载火箭。 现代火箭发动机的喷气速度通常在2000～5000m/s，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比。这个参数一般小于10，否则火箭结构的强度就有问题。但是，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9km/s的速度。 为了解决这个问题，科学家提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，这样一级一级地连起来，理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级，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。 科学漫步三级运载火箭 　(2023·江苏省常熟中学高二月考)2020年11月24日4时30分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。假设火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体喷出时的速度v＝1 000 m/s。设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次。求： (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度大小； (2)运动第1 s末，火箭的速度大小。 例3 答案　（1）2.0 m/s （2） 13.5 m/s 反冲运动中的变质量问题 (M－3m)v3－3mv＝0 (M－20m)v20－20mv＝0 学习任务三：爆炸 有一炸弹突然爆炸分成了两块，在爆炸前后，系统的动量和机械能怎样变化，为什么？ 由于爆炸时内力远大于外力，故爆炸时系统动量守恒，爆炸时通过内力做功将化学能转化为机械能，故爆炸时系统机械能增加。 碰撞 反冲 爆炸 作用时间 作用力 系统初动量 系统动量 系统动能 碰撞、反冲、爆炸的比较 极短 可长可短 极短 内力远大于外力 外力可忽略 内力远大于外力 可为零可不为零 为零 可为零可不为零 守恒 守恒 守恒 不增加 一定增加 一定增加 　某人以大小为v0、方向与水平向右方向夹角θ＝60°的初速度斜向上抛出一颗手榴弹，手榴弹到达最高点时炸成质量分别为m和3m的两块。其中质量大的一块沿着手榴弹爆炸前瞬间的速度方向以大小v0的速度飞行。不计空气阻力，不计炸药质量。求： (1)手榴弹在最高点的速度v1的大小和方向； (2)质量较小的一块弹片速度v2的大小和方向； (3)爆炸过程中转化为弹片动能的化学能E。 例4 答案　v0　方向水平向左 “人船模型” 问题 如图所示，质量为m2的小船长L，静止于水面，质量为m1 的人从船右端匀速走到船左端，不计水对船的运动阻力，则:该过程中船将移动多远？ 学习任务四：人船模型 v1 v2 人走到船尾时： S2 S1 L 学习任务四：人船模型 m1 m2 ①人动船动，人停船停， 人快船快，人左船右； ②速度比等于质量的反比， 位移比等于质量的反比； 　(2023·潮州市高二期末)人和气球离地高为h，恰好悬浮在空中，气球质量为M，人的质量为m。人要从气球下拴着的软绳上安全到达地面，软绳的长度至少为 例5 D Lavf58.20.100  ， A. B. C. D. Lavf54.63.104 v3＝≈2 m/s 得v20＝≈13.5 m/s 答案　mv02 答案　v0　方向水平向右 A. B. C. D. $$