高中物理 16.5反沖運(yùn)動(dòng) 火箭（探究導(dǎo)學(xué)課型）課件 新人教版選修3-5.ppt

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5反沖運(yùn)動(dòng)火箭 1 了解什么是反沖運(yùn)動(dòng)和反沖運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用 2 知道火箭的飛行原理和主要用途 3 了解我國航天技術(shù)的發(fā)展 一 反沖現(xiàn)象1 定義 物體的不同部分在內(nèi)力作用下向 運(yùn)動(dòng) 2 特點(diǎn) 1 反沖運(yùn)動(dòng)中 相互作用力一般較大 通?？梢杂?定律來處理 2 反沖運(yùn)動(dòng)中 由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 所以系統(tǒng)的 增加 相反方向 動(dòng)量守恒 總動(dòng)能 二 火箭1 工作原理 利用 運(yùn)動(dòng) 火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫 高壓燃?xì)鈴奈膊垦杆賴姵鰰r(shí) 使火箭獲得巨大的 2 影響火箭獲得速度大小的因素 1 噴氣速度 現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度為2000 4000m s 2 質(zhì)量比 火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的 之比 噴氣速度 質(zhì)量比 火箭獲得的速度越大 反沖 速度 箭體質(zhì)量 越大 越大 3 速度大小 v u 式中 m為 t時(shí)間內(nèi) 的質(zhì)量 m為噴出燃?xì)夂?的質(zhì)量 u為 相對(duì)噴氣前火箭的速度 噴射燃?xì)?火箭 燃?xì)?1 判一判 1 反沖運(yùn)動(dòng)是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果 2 只有系統(tǒng)合外力為零的反沖運(yùn)動(dòng)才能用動(dòng)量守恒定律來分析 3 反沖運(yùn)動(dòng)的原理既適用于宏觀物體 也適用于微觀粒子 4 火箭應(yīng)用了反沖的原理 提示 1 反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)遵從牛頓第三定律 2 反沖運(yùn)動(dòng)中 若內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 也可用動(dòng)量守恒定律進(jìn)行分析 3 反沖運(yùn)動(dòng)在宏觀和微觀中均適用 4 火箭的工作原理是反沖運(yùn)動(dòng) 2 想一想 為什么反沖運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)量守恒 提示 反沖運(yùn)動(dòng)是系統(tǒng)內(nèi)力作用的結(jié)果 雖然有時(shí)系統(tǒng)所受的合外力不為零 但由于系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力 所以系統(tǒng)的總動(dòng)量是守恒的 主題一反沖運(yùn)動(dòng) 問題探究 1 思考 關(guān)于章魚和烏賊的運(yùn)動(dòng) 說明二者運(yùn)動(dòng)的原理 提示 1 章魚和烏賊運(yùn)動(dòng)時(shí) 滿足動(dòng)量守恒定律 2 章魚和烏賊運(yùn)動(dòng)時(shí) 先把水吸入體腔 然后再用力壓水 通過身體前面的孔將水噴出 使身體很快地運(yùn)動(dòng) 2 直升機(jī)上升屬于反沖運(yùn)動(dòng)嗎 提示 不是 因?yàn)橹鄙龣C(jī)螺旋翼向下推動(dòng)空氣 給空氣一個(gè)向下的作用力 空氣就對(duì)其一個(gè)向上的反作用力使飛機(jī)運(yùn)動(dòng) 不符合反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 3 假如在月球上建一飛機(jī)場 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用力飛行的 不能在真空中飛行 4 在反沖運(yùn)動(dòng)中系統(tǒng)的內(nèi)力是否會(huì)影響系統(tǒng)的總動(dòng)量 提示 不影響 反沖運(yùn)動(dòng)中 系統(tǒng)的內(nèi)力沖量的矢量和為零 不會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)量 5 試舉例說明反沖運(yùn)動(dòng)有哪些應(yīng)用 提示 1 反擊式水輪機(jī)是使水從轉(zhuǎn)輪的葉片中流出 使轉(zhuǎn)輪由于反沖而旋轉(zhuǎn) 從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電 2 噴氣式飛機(jī)是靠噴出的氣流的反沖作用而獲得巨大的速度 6 試舉例說明反沖運(yùn)動(dòng)的危害 提示 射擊時(shí) 子彈向前飛去 槍身向后運(yùn)動(dòng) 發(fā)生反沖 這就會(huì)影響射擊的準(zhǔn)確性 探究總結(jié) 1 反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及其遵循的規(guī)律 1 特點(diǎn) 物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng) 反沖運(yùn)動(dòng)中 由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加 2 反沖運(yùn)動(dòng)中 以下三種情況均可應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決 系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零 系統(tǒng)雖然受到外力作用 但內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力 外力可以忽略 系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零 系統(tǒng)的動(dòng)量并不守恒 但系統(tǒng)在某一方向上不受外力或外力在該方向上的分力之和為零 則系統(tǒng)的動(dòng)量在該方向上的分量保持不變 可以在該方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 2 分析反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意速度的反向性問題 對(duì)于原來靜止的整體 拋出部分具有速度時(shí) 剩余部分的反沖是相對(duì)于拋出部分來說的 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?則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值 即時(shí)訓(xùn)練 1 2013 江蘇高考 如圖所示 進(jìn)行太空行走的宇航員A和B的質(zhì)量分別為80kg和100kg 他們攜手遠(yuǎn)離空間站 相對(duì)空間站的速度為0 1m s A將B向空間站方向輕推后 A的速度變?yōu)? 2m s 求此時(shí)B的速度大小和方向 解析 根據(jù)動(dòng)量守恒 mA mB v0 mAvA mBvB 代入數(shù)據(jù)可解得vB 0 02m s 方向?yàn)殡x開空間站方向 答案 0 02m s遠(yuǎn)離空間站方向 2 一個(gè)質(zhì)量為m的物體從高處自由下落 當(dāng)物體下落h距離時(shí)突然炸裂成兩塊 其中質(zhì)量為m1的一塊恰好能沿豎直方向回到開始下落的位置 求剛炸裂時(shí)另一塊的速度v2 解題探究 1 因?yàn)檎褧r(shí)爆炸力 重力 系統(tǒng)在豎直方向的動(dòng)量可認(rèn)為近似守恒 2 若規(guī)定向下為正方向 則炸裂結(jié)束瞬間質(zhì)量為m1的一塊速度為 遠(yuǎn)大于 負(fù)值 解析 取豎直向下的方向?yàn)檎较?炸裂前的兩部分是一個(gè)整體 物體的動(dòng)量為p mv 剛炸裂時(shí)向上運(yùn)動(dòng)并返回開始下落位置的一塊質(zhì)量為m1 其速度大小與炸裂前相同 動(dòng)量方向與規(guī)定的正方向相反 p1 m1v1 由動(dòng)量守恒定律有mv m1v1 m m1 v2聯(lián)立解得 由于v2 0 說明炸裂后另一塊的運(yùn)動(dòng)方向豎直向下 答案 方向豎直向下 主題二火箭 問題探究 1 火箭飛行利用了怎樣的工作原理 在分析火箭運(yùn)動(dòng)問題時(shí)可否應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 提示 火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛行 利用了反沖原理 由于火箭與高溫 高速燃?xì)饨M成的系統(tǒng)內(nèi)力很大 遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受重力及阻力 故可應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 2 根據(jù) 火箭噴氣后增加的速度 v的計(jì)算結(jié)果 分析提高火箭飛行速度的可行辦法 提示 火箭噴氣后增加的速度 v u 其中 m是噴射燃?xì)獾馁|(zhì)量 m是噴出燃?xì)夂蠡鸺馁|(zhì)量 u是噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度 據(jù)此得提高火箭飛行速度的辦法有 1 提高噴氣速度 2 提高噴出的氣體與火箭的質(zhì)量比 3 使用多級(jí)火箭 一般為三級(jí) 探究總結(jié) 火箭發(fā)射中的相對(duì)速度以及質(zhì)量變化問題 1 火箭發(fā)射問題中 有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度 由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度 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)地的速度后 再列動(dòng)量守恒定律方程 2 在火箭的運(yùn)動(dòng)過程中 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)過程為研究過程來進(jìn)行研究 即時(shí)訓(xùn)練 1 多選 采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度 A 使噴出的氣體速度更大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 解析 選A C 設(shè)原來的總質(zhì)量為M 噴出的氣體質(zhì)量為m 速度是v 剩余的質(zhì)量 M m 的速度是v 由動(dòng)量守恒得出 M m v mv得 v 由上式可知 m越大 v越大 v 越大 故A C正確 2 火箭相對(duì)地面勻速飛行的速度為v0 某時(shí)刻的總質(zhì)量為M 現(xiàn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴出氣體 若每次噴出的氣體質(zhì)量恒為m 相對(duì)于火箭的速度恒為u 不計(jì)空氣阻力和地球引力 求第二次氣體噴出后火箭的速度為多大 解題探究 1 題目中的速度u的參照系是相對(duì)于 的 而不是相對(duì)于 的 不能直接代入動(dòng)量守恒公式 2 若噴出氣體后火箭速度分別為v1 v2 噴出的氣體對(duì)地速度分別是 和 火箭 地面 v1 u v2 u 解析 火箭與被噴氣體組成的系統(tǒng)不受外力作用 動(dòng)量守恒 以v0方向?yàn)檎较?設(shè)噴出第一次氣體 第二次氣體后火箭速度分別為v1 v2 應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 對(duì)第一次噴氣過程有 Mv0 M m v1 m v1 u 對(duì)第二次噴氣過程有 M m v1 M 2m v2 m v2 u 二式聯(lián)立解得火箭噴出第二次氣體后的速度為答案