8 1.6 反冲现象 火箭（含人船模型、爆炸问题）课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 6 反冲现象 火箭 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（选择性必修一） 把气球吹满气，然后松手，气球会怎样？气球运动方向与气体喷出方向有何关系？ 新课引入 你还能举出哪些类似的例子？ 新课引入 1.定义：一个静止的物体，在内力的作用下，分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫反冲。 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。 一、反冲运动 动量守恒 弹性势能转化为动能 化学能转化为动能 弹性势能转化为动能 物体是如何实现反冲的？在反冲运动中，能量如何转化? 由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的动能增加。 一、反冲运动 化学能转化为动能 电能转化为动能 化学能转化为动能 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。 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。 一、反冲运动 一、反冲运动 例题 如图所示，狙击枪重M＝8 kg，射出的子弹质量m为20 g，若子弹射出枪口时的速度为v＝1 000 m/s，不计人对枪的作用力，则枪的后退速度v'是多大？ 解析 子弹和枪组成的系统动量守恒，以子弹的速度方向为正方向。 作用前：p＝0，作用后： p'＝mv－Mv' 由动量守恒定律得：p＝p' ，即0＝mv－Mv' 解得v'＝2.5 m/s。 情景 火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1。 （1）求燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？ （2）讨论如何提高火箭飞行时获得的速度？ （2）提高燃气喷射的速度、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） 解析（1）以火箭的速度方向为正方向 mv －（M-m）v1= 0 二、火箭 （1）如何提高火箭燃气的喷射速度？ 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。 （2）如何提高火箭提高火箭质量比？ 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 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 二、火箭 2.现代火箭结构 二、火箭 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 课堂小结 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（ ） A.B. C.D. B 当堂巩固 解析 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＝，故选B。 当堂巩固 2. 某物理兴趣社在社团活动中发射水火箭如图所示，已知水火箭总质量为3 kg，在极短时间内将2 kg的水以对地8 m/s的速度喷出。空气阻力可忽略，g取10 m/s2，下列说法正确的是 （ ） A.该过程中系统机械能守恒 B.水火箭靠空气给的反作用力加速 C.喷水后水火箭获得的速度为20 m/s D.水火箭上升的最大高度约为12.8 m D 当堂巩固 解析 系统由于有其他形式的能转化为机械能，系统机械能不守恒，故A错误； 水火箭靠压出的水给的反作用力加速，故B错误； 由动量守恒定律有0＝－mv1＋(M－m)v2，得喷水后水火箭获得的速度为v2＝16 m/s，故C错误； 水火箭上升的最大高度约为h＝＝12.8 m，故D正确。 当堂巩固 3. 在某次火箭发射过程中，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。 当堂巩固 解析（1）第三次喷出气体后，共喷出的气体质量m1＝3×0.2 kg＝0.6 kg，以火箭初速度方向为正方向，根据动量守恒定律得 (M－m1)v1－m1v＝0，解得v1≈2 m/s （2）1 s末发动机喷气20次，共喷出的气体质量为m2＝20×0.2 kg＝4 kg，根据动量守恒定律得(M－m2)v'－m2v＝0，则得火箭1 s末的速度大小为v'≈13.5 m/s。 当堂巩固 第一章 动量守恒定律 专题 反冲现象的应用——爆炸 人船模型 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（必修二） 模型概述 1. 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒，有m人v人－m船v船＝0 2. 人船模型运动特点：人动船动，人停船停；人快船快，人慢船慢；人左船右。人和船的位移大小与它们的质量成反比。 一、人船模型 例1 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，从静止开始向左运动。不计水的阻力，求此过程中： (1)船向哪运动？当小孩速度为v时，船速多大； 一、人船模型 答案 因为小孩与小船组成的系统动量守恒，当小孩向左运动时，小船向右运动。设小孩速度的方向为正方向，当小孩速度为v时，mv－Mv'＝0，解得v'＝。 (2)当小孩向左移动位移x时，船的位移多大； (3)小孩和船的位移与两者质量有什么关系； (4)船长为L，若小孩从船尾运动到船头，小孩的位移为多大。 一、人船模型 答案 由人船系统始终动量守恒可知m－M'＝0， 故当小孩的位移大小为x时，有m－M＝0，解得x'＝ 答案 小孩与小船的位移大小与质量成反比，即。 答案x＋x'＝L，解得x＝L。 针对训练1 如图所示，大气球质量为25 kg，载有质量为50 kg的人，静止在空气中距地面20 m高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则绳长至少为(不计人的身高，可以把人看作质点) A.60 m B.40 m C.30 m D.10 m √ 一、人船模型 解析 人与气球组成的系统动量守恒，设人的速度大小为v1，气球的速度大小为v2，运动时间为t，以系统为研究对象，向下为正方向，由动量守恒定律得m1v1－m2v2＝0，则m1－m2＝0，解得x气球＝2x人＝40 m，则绳子长度L＝x气球＋x人＝40 m＋20 m＝60 m，即绳长至少为60 m，故选A。 一、人船模型 拓展 若绳长为60 m，人悬挂在绳的末端B点，气球和人均处于静止状态。现人沿绳慢慢地爬到绳的上端A点处，则气球实际下降的距离是多少？ 一、人船模型 解析 人与气球组成的系统动量守恒，设人的速度大小为v1，气球的速度大小为v2，运动时间为t，以系统为研究对象，向上为正方向，由动量守恒定律得m1v1－m2v2＝0，则m1－m2＝0，绳子长度L＝x气球＋x人 ，解得x气球＝40 m。 针对训练2 如图所示，物体A和B质量分别为m1和m2，图示直角边长分别为a和b。设B与水平地面无摩擦，当A由顶端O从静止开始滑到B的底端(A下端刚好触地)时，B的水平位移大小是（ ） A.b B.b C.(b－a) D.(b－a) √ 一、人船模型 解析 A、B组成的系统在相互作用过程中水平方向动量守恒，规定物体B的运动方向为正方向，B的水平位移大小为x，则m2x－m1(b－a－x)＝0，解得x＝，故C正确。 一、人船模型 总结 “人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应注意： (1)适用条件： ①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零； ②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向)。 (2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系(一般为地面)的位移。 一、人船模型 例2 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？ 答案 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。 二、爆炸问题 总结 1.爆炸时内力远大于外力，系统动量守恒。 2.能量特点：爆炸时通过内力做功将化学能转化为机械能，系统机械能增加。 二、爆炸问题 针对训练3 “爆竹声中一岁除”，爆竹送来浓浓的年味。一质量为0.06 kg的爆竹以一定的速度竖直向上运动，当运动到最高点时爆炸成质量之比为1∶2的两部分，质量较小的部分速度大小为10 m/s，不计空气阻力及爆炸过程中的质量损失，重力加速度大小g取10 m/s2，爆竹爆炸后的总动能为 A.2.0 J B.2.5 J C.1.5 J D.1.0 J √ 二、爆炸问题 解析 根据题意，设爆炸后两部分的质量分别为m1、m2，则有m1＋m2＝0.06 kg，，解得m1＝0.02 kg，m2＝0.04 kg；设爆炸后质量较大的部分的速度为v，取质量较小部分速度方向为正方向，由动量守恒定律可得m1v0＋m2v＝0，解得v＝－5 m/s，由Ek＝mv2可得，爆竹爆炸后的总动能为Ek＝(×0.02×102＋×0.04×52)J＝1.5 J，故选C。 二、爆炸问题 拓展1 若爆炸点离地80 m，爆炸后质量较小的部分的速度水平向右，两部分碎片落地后的水平距离是多少？重力加速度g取10 m/s2。 解析 爆炸后两部分沿相反方向做平抛运动，设下落时间为t，则h＝gt2，解得t＝4 s；两部分碎片落地后的水平距离是s＝x1＋|x2|＝v0t＋|v|t＝60 m。 二、爆炸问题 拓展2 爆炸后质量较小的部分的速度水平向右，爆炸过程中质量较小的部分受到的冲量是多少？ 解析 根据动量定理，爆炸过程中质量较小的部分受到的冲量是 I＝m1v0＝0.2 N·s，方向水平向右。 二、爆炸问题 EV录屏5.4.8软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn $