2019高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 5 反沖運(yùn)動(dòng)火箭課件 新人教版選修3-5

1、自 主 學(xué) 習(xí) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 5 反沖運(yùn)動(dòng)火箭 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解反沖運(yùn)動(dòng)的概念及反沖運(yùn)動(dòng)的一些應(yīng) 用2.知道反沖運(yùn)動(dòng)的原理(重點(diǎn))3.掌握應(yīng)用動(dòng)量守 恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問(wèn)題(重點(diǎn)、難點(diǎn))4.了解火箭的 工作原理及決定火箭最終速度大小的因素(難點(diǎn)) 合 作 探 究 重 難 疑 點(diǎn) 課 時(shí) 作 業(yè) 1定義 根據(jù)動(dòng)量守恒定律，如果一個(gè)靜止的物體在 內(nèi)力的作用下分裂為兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方 向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向_的方向運(yùn)動(dòng)，這 個(gè)現(xiàn)象叫做_ 相反 反沖 2反沖原理 反沖運(yùn)動(dòng)的基本原理是_定律，如果系統(tǒng)的 一部分獲得了某一方向的動(dòng)量，系統(tǒng)的其他部分就會(huì)在這 一方向的反方向上獲得_的動(dòng)量 3公式 若

2、系統(tǒng)的初始動(dòng)量為零，則動(dòng)量守恒定律的形式變?yōu)? _，此式表明，做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量 大小_、方向_，而它們的速率與質(zhì)量成_ 動(dòng)量守恒 同樣大小 m1v1m2v2 相等 相反 反比 1反沖運(yùn)動(dòng)中，內(nèi)力做功的代數(shù)和是否為零？ 【提示】不為零反沖運(yùn)動(dòng)中，兩部分受 到的內(nèi)力做功的代數(shù)和為正值 2兩位同學(xué)在公園里劃船，當(dāng)小船離碼頭大 約1.5 m時(shí)，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立 定跳遠(yuǎn)的成績(jī)從未低于2 m，跳到岸上絕對(duì)沒(méi)有問(wèn) 題于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖 1651所示)，她為什么不能如她所想的那樣跳到 岸上呢？ 【提示】這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考 慮水的阻力的情況下，所受合外力為零

3、，在她跳 起前后遵循動(dòng)量守恒定律在她向前跳起瞬間， 船要向后運(yùn)動(dòng) 1做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量一定大小相等， 方向相反( ) 2一切反沖現(xiàn)象都是有益的( ) 3章魚、烏賊的運(yùn)動(dòng)利用了反沖的原理( ) 1原理 火箭的飛行應(yīng)用了_的原理，靠噴出氣流的_作 用來(lái)獲得巨大速度 2影響火箭獲得速度大小的因素 一是_，二是火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身 質(zhì)量之比噴氣速度_，質(zhì)量比_，火箭獲得的速 度越大 反沖反沖 噴氣速度 越大越大 假如在月球上建一飛機(jī)場(chǎng)，應(yīng)配置噴氣式飛 機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢？ 【提示】應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)噴氣式飛機(jī) 利用反沖運(yùn)動(dòng)原理，可以在真空中飛行，而螺旋 槳飛機(jī)是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳與空氣的相互作

4、用力飛 行的，不能在真空中飛行 1火箭點(diǎn)火后離開(kāi)地面向上運(yùn)動(dòng)，是地面對(duì) 火箭的反作用力作用的結(jié)果( ) 2在沒(méi)有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前 行( ) 3火箭發(fā)射時(shí)，火箭獲得的機(jī)械能來(lái)自于燃 料燃燒釋放的化學(xué)能( ) 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記 錄在下面的表格中 問(wèn)題問(wèn)題1 問(wèn)題問(wèn)題2 問(wèn)題問(wèn)題3 問(wèn)題問(wèn)題4 學(xué)生分組探究一對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)的理解 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 反沖運(yùn)動(dòng)是一種常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，如火箭、 噴氣式飛機(jī)、節(jié)日禮花、射擊等，反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí) 質(zhì)是什么？ 【提示】反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是相互作用的物 體或同一物體的兩部分之間的作用力和反作用力 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果 第2步結(jié)論自我總結(jié)

5、，素能培養(yǎng) 1反沖運(yùn)動(dòng)的三個(gè)特點(diǎn)： (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng) (2)反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力或在 某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以可以用動(dòng)量守恒定律或在某一 方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理 (3)反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系 統(tǒng)的總動(dòng)能增加 2討論反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題： (1)速度的方向性：對(duì)于原來(lái)靜止的整體，當(dāng) 被拋出部分具有速度時(shí)，剩余部分的反沖是相對(duì) 于拋出部分來(lái)說(shuō)的，兩者運(yùn)動(dòng)方向必然相反在 列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng) 方向?yàn)檎较?，則反方向的這一部分的速度就要 取負(fù)值 (2)速度的相對(duì)性：反沖運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題中

6、，有時(shí) 遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度但 是動(dòng)量守恒定律中要求速度是對(duì)同一慣性參考系 的速度(通常為對(duì)地的速度)因此應(yīng)先將相對(duì)速 度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度，再列動(dòng)量守恒定律方程 (3)變質(zhì)量問(wèn)題：在反沖運(yùn)動(dòng)中還常遇到變質(zhì) 量物體的運(yùn)動(dòng)，如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃 料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時(shí)必須 取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有 氣體為研究對(duì)象，取相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究 過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究 第3步例證典例印證，思維深化 一火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m200 g的 氣體，氣體離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v1 000 m/s(相對(duì)地面)，設(shè)火箭質(zhì)量M300 kg，發(fā)動(dòng)機(jī) 每秒噴氣20

7、次求當(dāng)經(jīng)過(guò)三次氣體噴出后，火箭 的速度為多大？ 【思路點(diǎn)撥】解題時(shí)應(yīng)正確地選取研究對(duì) 象和其對(duì)應(yīng)的反沖過(guò)程，注意火箭初、末狀態(tài)動(dòng) 量的變化及動(dòng)量的方向 【答案】2 m/s 處理火箭問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的燃燒，火 箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出 的氣體為研究對(duì)象注意反沖前、后各物體質(zhì)量 的變化 2明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考 系是否是同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè) 法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度 3列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方 向反沖物體速度的方向與原物體的運(yùn)動(dòng)方向是 相反的 第4步巧練

8、精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 1(2013福建高考)將靜置在地面上，質(zhì)量 為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空，在極短時(shí)間內(nèi) 以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾 熱氣體忽略噴氣過(guò)程重力和空氣阻力的影響， 則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是() 【答案】D 2(多選)采取下列哪些措施有利于增加火箭 的飛行速度() A使噴出的氣體速度增大 B使噴出的氣體溫度更高 C使噴出的氣體質(zhì)量更大 D使噴出的氣體密度更小 【答案】AC 學(xué)生分組探究二“人船模型”問(wèn)題 第1步探究分層設(shè)問(wèn)，破解疑難 圖1652 如圖1652所示，一質(zhì)量為m的人站在一 質(zhì)量為M的船頭上，開(kāi)始時(shí)人、船均靜止，現(xiàn)在 人從船頭走向船尾(水

9、對(duì)船的阻力很小) 1該過(guò)程中，人和船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒嗎？ 兩者速度是什么關(guān)系？ 【提示】該過(guò)程中，水的阻力忽略不計(jì)， 人和船的動(dòng)量守恒，兩者速度大小滿足mv1Mv2， 方向相反 2該過(guò)程中兩者對(duì)地位移有何關(guān)系？ 第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng) 1“人船模型”問(wèn)題的特征：兩個(gè)原來(lái)靜止 的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為 零，則動(dòng)量守恒在相互作用的過(guò)程中，任一時(shí) 刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比這樣 的問(wèn)題歸為“人船模型”問(wèn)題 2運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是“人” 走“船”行，“人”?！按蓖?3處理“人船模型”問(wèn)題的兩個(gè)關(guān)鍵： (1)利用動(dòng)量守恒，先確定兩物體的速度關(guān)系， 再確定兩

10、物體通過(guò)的位移的關(guān)系用動(dòng)量守恒定 律求位移的題目，大都是系統(tǒng)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)， 然后系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用，此時(shí)動(dòng)量守恒表達(dá)式 經(jīng)常寫成m1v1m2v20的形式，式中v1、v2是m1、 m2末狀態(tài)時(shí)的瞬時(shí)速率此種狀態(tài)下動(dòng)量守恒的 過(guò)程中，任意時(shí)刻的系統(tǒng)總動(dòng)量為零因此任意 時(shí)刻的瞬時(shí)速率v1和v2都與各物體的質(zhì)量成反比， 所以全過(guò)程的平均速度也與質(zhì)量成反比， (2)畫出各物體的位移關(guān)系圖，找出它們相對(duì) 地面的位移的關(guān)系 4推廣：原來(lái)靜止的系統(tǒng)在某一個(gè)方向上動(dòng) 量守恒，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在該方向上速度方向相反， 也可應(yīng)用處理人船模型問(wèn)題的思路來(lái)處理例如， 小球沿弧形槽滑下，求弧形槽移動(dòng)距離的問(wèn)題 第3步例證

11、典例印證，思維深化 質(zhì)量為M的熱氣球吊筐中有一質(zhì)量為m的 人，共同靜止在距地面為h的高空中現(xiàn)從氣球上 放下一根質(zhì)量不計(jì)的軟繩，為使此人沿軟繩能安 全滑到地面，則軟繩至少有多長(zhǎng)？ 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路進(jìn) 行： 【解析】如圖所示，設(shè)繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，人沿軟 繩滑至地面的時(shí)間為t，由圖可知，Lx 人x 球設(shè)人下滑的平均速度大小為v人，氣球上升的平 均速度大小為v球，由動(dòng)量守恒定律得： 0Mv球mv人， “人船模型”問(wèn)題的兩點(diǎn)注意 (1)“人船模型”適合求解涉及位移而不涉及 速度的問(wèn)題，但一定要滿足：原來(lái)的兩個(gè)物體都 靜止；兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒或系統(tǒng)在某 一方向上動(dòng)量守恒 (2)“人船模型

12、”問(wèn)題中的“船長(zhǎng)”通常理解 為“人”相對(duì)“船”的位移，而在動(dòng)量守恒定律 方程中的位移是“人”及“船”相對(duì)地面的位 移 第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化 圖1653 1(2013南昌高二檢測(cè))如圖1653所示， 質(zhì)量為M的密閉汽缸置于光滑水平面上，缸內(nèi)有 一隔板P，隔板右邊是真空，隔板左邊是質(zhì)量為m 的高壓氣體，若將隔板突然抽去，則汽缸的運(yùn)動(dòng) 情況是() A保持靜止不動(dòng) B向左移動(dòng)一定距離后恢復(fù)靜止 C最終向左做勻速直線運(yùn)動(dòng) D先向左移動(dòng)，后向右移動(dòng)回到原來(lái)位置 【解析】突然撤去隔板，氣體向右運(yùn)動(dòng)， 汽缸做反沖運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣體充滿整個(gè)汽缸時(shí)，它們 之間的作用結(jié)束由動(dòng)量守恒定律可知，開(kāi)始時(shí) 系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，結(jié)束時(shí)總動(dòng)量必為零，汽缸 和氣體都將停止運(yùn)動(dòng)，故