高中物理 16.5反沖運(yùn)動 火箭（精講優(yōu)練課型）課件 新人教版選修3-5.ppt

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5反沖運(yùn)動火箭 一 反沖1 定義 一個(gè)靜止的物體在 的作用下分裂為兩部分 一部分向某個(gè)方向運(yùn)動 另一部分必然向 的方向運(yùn)動的現(xiàn)象 2 規(guī)律 反沖運(yùn)動中 相互作用力一般較大 滿足 內(nèi)力 相反 動量守恒定律 3 反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止 1 應(yīng)用 農(nóng)田 園林的噴灌裝置利用反沖使水從噴口噴出時(shí) 一邊噴水一邊 2 防止 用槍射擊時(shí) 由于槍身的反沖會影響射擊的 所以用槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部 以減少反沖的影響 旋轉(zhuǎn) 準(zhǔn)確性 想一想 兩位同學(xué)在公園里劃船 租船時(shí)間將到 她們把小船劃向碼頭 當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時(shí) 有一位同學(xué)心想 自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績從未低于2m 跳到岸上絕對沒有問題 于是她縱身一跳 結(jié)果卻掉到了水里 如圖 她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢 假設(shè)起跳時(shí)船已靜止 提示 這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水阻力的情況下 所受合外力為零 在她跳前后遵循動量守恒定律 她在跳出瞬間 船也要向后運(yùn)動 二 火箭1 工作原理 利用 運(yùn)動 火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫 高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵?使火箭獲得巨大速度 2 影響火箭獲得速度大小的兩個(gè)因素 1 噴氣速度 現(xiàn)代火箭的噴氣速度為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箭體質(zhì)量之比 噴氣 越大 越大 火箭獲得的速度越大 反沖 速度 質(zhì)量比 3 現(xiàn)代火箭的主要用途 利用火箭作為 工具 如發(fā)射探測儀器 常規(guī)彈頭和核彈頭 人造衛(wèi)星和宇宙飛船等 運(yùn)載 判一判 1 火箭點(diǎn)火后離開地面加速向上運(yùn)動 是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果 2 在沒有空氣的宇宙空間 火箭仍可加速前行 提示 1 火箭點(diǎn)火后離開地面向上運(yùn)動 是由于火箭燃料燃燒產(chǎn)生高溫 高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽車姵?使火箭加速上升 2 火箭運(yùn)行靠的是反沖作用 與空氣無關(guān) 一 對反沖運(yùn)動的理解思考探究 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)動原理 可以在真空中飛行 而螺旋槳飛機(jī)是靠轉(zhuǎn)動的螺旋槳與空氣的相互作用力飛行的 不能在真空中飛行 歸納總結(jié) 1 反沖運(yùn)動的三個(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 2 反沖運(yùn)動中 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 所以可以用動量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動量守恒定律來處理 3 反沖運(yùn)動中 由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 所以系統(tǒng)的總動能增加 2 討論反沖運(yùn)動應(yīng)注意的三個(gè)問題 1 速度的方向性 對于原來靜止的整體 當(dāng)被拋出部分具有速度時(shí) 剩余部分的反沖是相對于拋出部分來說的 兩者運(yùn)動方向必然相反 在列動量守恒方程時(shí) 可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動方向?yàn)檎较?則反方向的這一部分的速度就要取負(fù)值 2 速度的相對性 反沖運(yùn)動的問題中 有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度 但是動量守恒定律中要求速度是對同一慣性參考系的速度 通常為對地的速度 因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度 再列動量守恒定律方程 3 變質(zhì)量問題 在反沖運(yùn)動中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動 如在火箭的運(yùn)動過程中 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象 取相互作用的這個(gè)過程為研究過程來進(jìn)行研究 典例示范 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 解題探究 1 火箭模型在極短時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火升空 遵循 2 點(diǎn)火前后兩個(gè)狀態(tài) 系統(tǒng)的動量分別是多少 提示 點(diǎn)火前 系統(tǒng)總動量為零 點(diǎn)火后 若以火箭運(yùn)動的方向?yàn)檎较?火箭的動量為 M m v 氣體的動量為 mv0 系統(tǒng)的總動量仍為零 動量守恒定律 正確解答 選D 火箭模型在極短時(shí)間點(diǎn)火 設(shè)火箭模型獲得速度為v 據(jù)動量守恒定律有0 M m v mv0 得v 故選D 過關(guān)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 解析 選A C 設(shè)火箭的初動量為p 原來的總質(zhì)量為M 噴出的氣體質(zhì)量為m 速度大小是v 剩余的質(zhì)量 M m 的速度大小是v 由動量守恒得出 p M m v mv 得 v 由上式可知 m越大 v越大 v 越大 2 2015 金華高二檢測 爆竹聲中一歲除 春風(fēng)送暖入屠蘇 爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志 是喜慶心情的流露 有一個(gè)質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出 到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v0 方向水平向東 在最高點(diǎn)爆炸成質(zhì)量不等的兩塊 其中一塊質(zhì)量為2m 速度大小為v 方向水平向東 則另一塊的速度是 A 3v0 vB 2v0 3vC 3v0 2vD 2v0 v 解析 選C 在最高點(diǎn)水平方向動量守恒 由動量守恒定律可知 3mv0 2mv mv 可得另一塊的速度為v 3v0 2v 故C正確 補(bǔ)償訓(xùn)練 1 裝有炮彈的大炮總質(zhì)量為M 炮彈的質(zhì)量為m 炮筒水平放置 炮彈水平射出時(shí)相對炮口的速度為v0 則炮車后退的速度大小為 解析 選A 設(shè)炮車后退速度大小為v1 則炮彈對地的水平速度大小為 v0 v1 根據(jù)動量守恒定律 0 M m v1 m v0 v1 所以v1 故正確答案為A 2 小車靜置在光滑水平面上 站在車上的人練習(xí)打靶 人站在車的一端 靶固定在車的另一端 槍離靶的距離為d 如圖所示 已知車 人 靶和槍的總質(zhì)量為M 不包括子彈 每發(fā)子彈質(zhì)量為m 共n發(fā) 每發(fā)子彈擊中靶后 就留在靶內(nèi) 且待前一發(fā)擊中靶后 再打下一發(fā) 打完n發(fā)后 小車移動的距離為多少 解析 由題意知系統(tǒng)動量守恒 前一發(fā)擊中靶后 再打下一發(fā) 說明發(fā)射后一發(fā)子彈時(shí) 車已經(jīng)停止運(yùn)動 每發(fā)射一發(fā)子彈 車后退一段距離 每發(fā)射一發(fā)子彈時(shí) 子彈動量為mv 由動量守恒定律有 0 mv M n 1 m Vmv M n 1 m V 設(shè)每發(fā)射一發(fā)子彈車后退x 則子彈相對于地面運(yùn)動的距離是 d x 由動量守恒定律有 m M n 1 m 解得 x 則打完n發(fā)后車共后退s 答案 二 人船模型 問題思考探究 1 人船模型 問題為什么不能以 船 為參考系 提示 人船模型 中的 船 一般先加速后減速 不是慣性參考系 而動量守恒定律中 各物體的動量必須是相對于同一慣性系 2 人船模型 問題中 人 啟動時(shí)和 人 停止時(shí) 船 的受力情況如何 提示 人 啟動時(shí) 船 受到 人 對它的作用力 方向與人的運(yùn)動方向相反 而開始運(yùn)動 人 停止時(shí) 船 受到 人 對它的制動力而停止 歸納總結(jié) 1 人船模型 問題的特征 兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí) 若所受外力的矢量和為零 則動量守恒 在相互作用的過程中 任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比 這樣的問題歸為 人船模型 問題 2 運(yùn)動特點(diǎn) 兩個(gè)物體的運(yùn)動特點(diǎn)是 人 走 船 行 人 停 船 停 3 處理 人船模型 問題的兩個(gè)關(guān)鍵 1 處理思路 利用動量守恒 先確定兩物體的速度關(guān)系 再確定兩物體通過的位移的關(guān)系 用動量守恒定律求位移的題目 大都是系統(tǒng)原來處于靜止?fàn)顟B(tài) 然后系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用 此時(shí)動量守恒表達(dá)式經(jīng)常寫成m1v1 m2v2 0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)下動量守恒的過程中 任意時(shí)刻的系統(tǒng)總動量為零 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 所以全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比 即有 如果兩物體相互作用的時(shí)間為t 在這段時(shí)間內(nèi)兩物體的位移大小分別為x1和x2 則有 0 即m1x1 m2x2 0 2 畫出各物體的位移關(guān)系圖 找出它們相對地面的位移的關(guān)系 4 推廣 原來靜止的系統(tǒng)在某一個(gè)方向上動量守恒 運(yùn)動過程中 在該方向上速度方向相反 也可應(yīng)用處理人船模型問題的思路來處理 例如 小球沿弧形槽滑下 求弧形槽移動距離的問題 典例示范 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 解題探究 1 人沿軟繩下滑時(shí) 系統(tǒng)動量是否守恒 提示 系統(tǒng)所受合外力為零 故系統(tǒng)動量守恒 2 人沿軟繩下滑時(shí) 熱氣球如何運(yùn)動 人若安全到達(dá)地面 是否只要滿足繩長等于h即可 提示 人下滑時(shí) 熱氣球上升 軟繩的長度應(yīng)大于h 即繩的下端始終不離開地面 人才能安全到達(dá)地面 正確解答 如圖所示 設(shè)繩長為L 人沿軟繩滑至地面的時(shí)間為t 由圖可知 L x人 x球 設(shè)人下滑的平均速度為v人 氣球上升的平均速度為v球 由動量守恒定律得 0 Mv球 mv人 即0 Mx球 mx人 又有x人 x球 L x人 h 解以上各式得 L 答案 過關(guān)訓(xùn)練 有一條捕魚小船?？吭诤叴a頭 小船又窄又長 估計(jì)重一噸左右 一位同學(xué)想用一個(gè)卷尺粗略測定它的質(zhì)量 他進(jìn)行了如下操作 首先將船平行碼頭自由停泊 然后他輕輕從船尾上船 走到船頭后停下 而且輕輕下船 用卷尺測出船后退的距離d 然后用卷尺測出船長L 已知他身體的質(zhì)量為m 則小船的質(zhì)量為多少 解析 如圖所示 設(shè)該同學(xué)在時(shí)間t內(nèi)從船尾走到船頭 由動量守恒定律知 人 船在該時(shí)間內(nèi)的平均動量大小相等 即 又 x人 L d解得 M 答案 補(bǔ)償訓(xùn)練 1 一輛小車置于光滑水平桌面上 車左端固定一水平彈簧槍 右端安一網(wǎng)兜 若從彈簧槍中發(fā)射一粒彈丸 恰好落在網(wǎng)兜內(nèi) 結(jié)果小車將 空氣阻力不計(jì) A 向左移動一段距離停下B 在原位置不動C 向右移動一段距離停下D 一直向左移動 解析 選A 小車靜止置于光滑水平面上 初動量為零 且所受合外力為零 系統(tǒng)的動量守恒 所以系統(tǒng)的總動量一直為零 彈丸向右運(yùn)動時(shí) 小車向左運(yùn)動 彈丸落網(wǎng)停止后 小車也停止運(yùn)動 選項(xiàng)A正確 2 如圖所示 質(zhì)量為m的玩具蛙蹲在質(zhì)量為M的小車上的細(xì)桿頂端 小車與地面的接觸光滑 車長為l 細(xì)桿高h(yuǎn) 直立于小車的中點(diǎn) 求玩具蛙至少以多大的對地水平速度跳出才能落到地面上 解析 將玩具蛙和小車作為系統(tǒng) 玩具蛙在跳離車的過程中 系統(tǒng)水平方向的總動量守恒 玩具蛙離開桿后 做平拋運(yùn)動 小車向后做勻速直線運(yùn)動 在玩具蛙下降高度h的過程中 小車通過的距離與玩具蛙在水平方向通過的距離之和等于時(shí) 玩具蛙恰能落到地面上 玩具蛙跳離桿時(shí) MvM mvm 玩具蛙的運(yùn)動時(shí)間為t 則 h gt2根據(jù)題意 vmt vMt 解得 vm 答案 拓展例題 考查內(nèi)容 反沖運(yùn)動問題的綜合分析 典例示范 如圖所示 一舊式高射炮的炮筒與水平面的夾角為 60 當(dāng)它以v0 100m s的速度發(fā)射出炮彈時(shí) 炮車反沖后退 已知炮彈的質(zhì)量為m 10kg 炮車的質(zhì)量M 200kg 炮車與地面間動摩擦因數(shù) 0 2 則炮車后退多遠(yuǎn)才能停下來 g取10m s2 正確解答 以炮彈和炮車為研究系統(tǒng) 在發(fā)射炮彈的過程中系統(tǒng)在水平方向上的動量守恒 設(shè)炮車獲得的反沖速度為v 以v0的水平分速度方向?yàn)檎较?有 mv0cos Mv 0 得v 2 5m s 由牛頓第二定律得 炮車后退的加速度為a g 2m s2 由運(yùn)動學(xué)公式得 炮車移動距離為s 1 6m 即后退距離為1 6m 方向與正方向相反 答案 1 6m 答案速填 I Ft 相同 時(shí)間 p mv kg m s kg m s 相同 相同 動量變化量 mv2 mv1 為零 相同 不變 相等 相反 零 遠(yuǎn)大于外力 為零