2017人教版高中物理选修3-5（课件+检测）:16.5反冲运动　火箭 （2份打包）

5反冲运动　火箭  目标导航 学习目标 1.知道什么是反冲运动,能够举出几个反冲运动的实例。 2.能够结合动量守恒定律对反冲现象作出解释。 3.会用动量守恒定律分析和解决实际问题。 4.了解火箭的飞行原理和主要用途。 重点难点 重点:反冲运动的原理。 难点:动量守恒定律在反冲运动中的应用。 激趣诱思 如图所示,你知道航天飞机在太空中是怎样飞行的吗? 先来做一个小实验:把气球吹满气,猛一松手,它肯定会向前“飞”出一定距离后才落到地面。这是因为气球内的气体在放出时对气球有一个反作用力。航天飞机要在太空加速飞行时也应向后喷出某种“物质”,这种“物质”就会对航天飞机有一个反作用力,从而推动航天飞机加速。 预习导引 一、反冲运动 1.定义 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某一个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动的现象。 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)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理。 (3)反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总动能增加。 3.反冲现象的应用及防止 (1)应用:农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时,一边喷水一边旋转。 (2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的准确性,所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少反冲的影响。 二、火箭 1.火箭的工作原理 利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时,使火箭获得巨大的速度。 2.影响火箭获得速度大小的因素 (1)喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 000~4 000 m/s。 (2)质量比: 指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。 喷气速度越大,质量比越大,火箭获得的速度越大。 预习交流 我国发射的嫦娥三号月球探测飞船携带“玉兔”号月球车已成功登陆月球,并开始月球探测。发射飞船和卫星都要用多级火箭。 那么,为什么火箭要这样分级制造呢?分级会带来什么好处呢? 答案:分级火箭有利于提高火箭的最终速度。 假设有两枚火箭,一枚是单级火箭,一枚是两级火箭。第一枚火箭的发射质量是2 000 kg,其中装有1 500 kg的推进剂,则其质量比是4。根据速度公式可以算出,它的最终速度可以达到每秒3 470 m。第二枚火箭由各重1 000 kg的两级火箭组成,它们分别装有750 kg的推进剂。表面看来后者的总重与推进剂的重量都与前者相同,但效果却显著不同。由于在使用时,第一级火箭在推进剂燃烧完以后可以把它整个抛弃,剩下第二级火箭单独前进。所以它的最后质量只有250 kg,因此它的质量比是2 000∶250=8,比第一枚火箭提高了一倍。计算表明,依靠第一级火箭的推力,可以达到1 175 m/s的速度,然后依靠第二级火箭,又可以进一步把速度提高到5 200 m/s,其速度比单级火箭整整快了近50%。 一、　反冲运动 知识精要 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.反冲运动的过程中,如果合外力为零或外力的作用远小于物体间的相互作用力,可利用动量守恒定律来处理。 3.研究反冲运动的目的是找反冲速度的规律,求反冲速度的关键是确定相互作用的物体系统和其中各物体对地的运动状态。运用反冲运动解题时应注意: (1)速度的反向性问题:对于原来静止的物体,当被抛出部分具有速度时,剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的,两者运动方向必然相反。在列动量守恒方程时,理论上可任意规定某一部分的运动方向为正方向,则反方向的另一部分的速度就要取负值。 (2)相对速度问题:反冲运动的问题中,有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。但是动量守恒定律中要求速度是对同一参考系的速度(通常为对地的速度)。因此应先将相对速度转换成对地的速度,再列动量守恒定律方程。 (3)变质量问题:在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动,如在火箭的运动过程中,随着燃料的消耗,火箭本身的质量不断减小,此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象,取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。 4.如总质量为m'的火箭以速度v0飞行,质量为m的燃料相对火箭以速率u向后喷出,则火箭速度大小v1多大。 运用动量守恒:m'v0=(m'-m)v1-m(u-v1),即v1=v0+u。 思考探究 章鱼 你知道章鱼是怎样游泳的吗?它们先把水吸入体腔,然后用力压水,通过身体前面的孔将其喷出,从而使身体很快地运动。章鱼能够调整自己身体喷水口的方向,这样使得身体能够在任意方向上前进。你认为章鱼的游泳是利用了什么原理? 答案:章鱼的游泳是利用了反冲运动的原理。 典题例解 【例1】 一名连同装备共100 kg的宇航员,脱离宇宙飞船后,在离飞船45 m处与飞船处于相对静止