2017-2018学年高中物理 第十六章 动量守恒定律 第5节 反冲运动 火箭课件 新人教版选修3-5

第第十十六六章章第第5节节新知预习新知预习巧设计巧设计 要点一要点一要点二要点二名师课堂名师课堂一点通一点通创新演练创新演练大冲关大冲关 随堂检测随堂检测归纳小结归纳小结 课下作业课下作业综合提升综合提升1.理解反冲运动的概念；了解反冲运动理解反冲运动的概念；了解反冲运动 的典型事例。的典型事例。2.理解反冲运动的原理是动量守恒定律。理解反冲运动的原理是动量守恒定律。3.了解火箭的工作原理；了解决定火箭了解火箭的工作原理；了解决定火箭 能力大小的因素。能力大小的因素。4.会用动量守恒定律分析解决反冲运动会用动量守恒定律分析解决反冲运动 问题。问题。1反冲运动反冲运动 (1)定义：一个静止的物体在定义：一个静止的物体在 的作用下分裂为两部的作用下分裂为两部分，一部分向某一个方向运动，另一部分必然向分，一部分向某一个方向运动，另一部分必然向 方向方向运动的现象。运动的现象。(2)特点：特点：物体的不同部分在物体的不同部分在 作用下向相反方向运动。作用下向相反方向运动。反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用 来处理。来处理。内力内力相反相反内力内力动量守恒定律动量守恒定律 (3)反冲现象的应用和防止：反冲现象的应用和防止：应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边喷出时，一边喷水一边 。防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的 ，所以用步枪射击时要把枪身抵在，所以用步枪射击时要把枪身抵在 ，以减少反，以减少反冲的影响。冲的影响。关键一点关键一点因反冲运动中动量守恒，故朝相反方向运因反冲运动中动量守恒，故朝相反方向运动的两部分，质量大的运动速度小，用枪射击时肩部与枪身动的两部分，质量大的运动速度小，用枪射击时肩部与枪身紧靠在一起，相当于增加了枪的质量，从而减小了枪的反冲紧靠在一起，相当于增加了枪的质量，从而减小了枪的反冲速度。速度。旋转旋转准确性准确性肩部肩部 2火箭火箭 (1)工作原理：工作原理：是利用是利用 运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得巨大速度。气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得巨大速度。(2)构造：主要有两大部分：箭体和燃料。构造：主要有两大部分：箭体和燃料。(3)特点：箭体和喷出的燃料气体满足特点：箭体和喷出的燃料气体满足 定律。定律。反冲反冲动量守恒动量守恒 (4)影响火箭获得速度大小的因素：影响火箭获得速度大小的因素：喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 0004 000 m/s。质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体体 。喷气速度。喷气速度 ，质量比，质量比 ，火箭获得的速，火箭获得的速度越大。度越大。关键一点关键一点因火箭、喷气式飞机是靠喷出气体与自身因火箭、喷气式飞机是靠喷出气体与自身发生相互作用而运动的，不是靠与空气的作用，所以，它发生相互作用而运动的，不是靠与空气的作用，所以，它们可以在真空中飞行。们可以在真空中飞行。质量之比质量之比越大越大越大越大1下列属于反冲运动的是下列属于反冲运动的是()A喷气式飞机的运动喷气式飞机的运动B直升机的运动直升机的运动C火箭的运动火箭的运动 D反击式水轮机的运动反击式水轮机的运动解析：解析：选项选项A、C、D中，三者都是自身的一部分向一方中，三者都是自身的一部分向一方向运动，而剩余部分向反方向运动，而直升机是靠外界向运动，而剩余部分向反方向运动，而直升机是靠外界空气的反作用力作为动力，所以空气的反作用力作为动力，所以A、C、D对，对，B错。错。答案：答案：ACD2手持铁球的跳远运动员起跳后，欲提高跳远成绩，手持铁球的跳远运动员起跳后，欲提高跳远成绩，可在运动到最高点时，将手中的铁球可在运动到最高点时，将手中的铁球 ()A竖直向上抛出竖直向上抛出 B向前方抛出向前方抛出C向后方抛出向后方抛出 D向左方抛出向左方抛出解析：解析：欲提高跳远成绩，则应增大水平速度，即增欲提高跳远成绩，则应增大水平速度，即增大水平方向的动量，所以可将铁球向后抛出，人和大水平方向的动量，所以可将铁球向后抛出，人和铁球的总动量守恒，因为铁球的动量向后，所以人铁球的总动量守恒，因为铁球的动量向后，所以人向前的动量增加，故选项向前的动量增加，故选项C正确。正确。答案：答案：C3运送人造卫星的火箭开始工作以后，火箭做加速运动的运送人造卫星的火箭开始工作以后，火箭做加速运动的 原因是原因是 ()A燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B火箭吸入空气，然后向后抛出，空气对火箭的反作用火箭吸入空气，然后向后抛出，空气对火箭的反作用 力推动火箭力推动火箭C火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气 体的反作用力推动火箭体的反作用力推动火箭D火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火 箭箭解析：解析：火箭中燃料燃烧产生的高温高压气体与火箭发生火箭中燃料燃烧产生的高温高压气体与火箭发生相互作用，气体喷出，火箭受到相反方向推力而加速运相互作用，气体喷出，火箭受到相反方向推力而加速运动，因此动，因此C项正确。项正确。答案：答案：C 1反冲运动的特点及遵循的规律反冲运动的特点及遵循的规律 (1)特点：特点：在反冲运动中，由于存在内力作用，根据牛顿运动定在反冲运动中，由于存在内力作用，根据牛顿运动定律可知，相互作用的物体获得加速度，速度同时发生变化，律可知，相互作用的物体获得加速度，速度同时发生变化，所以物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。所以物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律处理。但由于有其他形式的能转变为机械能，所以守恒定律处理。但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。系统的总动能增加。(2)动量守恒定律在反冲运动中适用的情况：动量守恒定律在反冲运动中适用的情况：系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。力可以忽略，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以用该方向上的动量守恒解决反冲运动问题。可以用该方向上的动量守恒解决反冲运动问题。2讨论反冲运动应注意的问题讨论反冲运动应注意的问题 (1)速度的反向性问题：速度的反向性问题：对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部对于原来静止的整体，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，可任意规定某一部分的运动方反。在列动量守恒方程时，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应取负值。向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。(2)相对速度问题：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。由于动量守恒定律中要求速度为对同一物体的相对速度。由于动量守恒定律中要求速度为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后，再列动量守恒定律方程。转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。(3)变质量问题：变质量问题：常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随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，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。取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。名师点睛名师点睛 (1)内力的存在尽管不会影响系统的动量守恒，但内力内力的存在尽管不会影响系统的动量守恒，但内力做的功往往会改变系统的总动能。做的功往往会改变系统的总动能。(2)反冲运动是作用力和反作用力都做正功的典型例子。反冲运动是作用力和反作用力都做正功的典型例子。1一火箭喷气发动机每次喷出一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气的气体，气体离开发动机喷出时的速度体离开发动机喷出时的速度v1 000 m/s(相对地面相对地面)。设火。设火箭质量箭质量M300 kg，发动机每秒钟喷气，发动机每秒钟喷气20次。次。(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第运动第1 s末，火箭的速度多大？末，火箭的速度多大？思路点拨思路点拨火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成系统的动量守恒，应用动量守恒定律时，可以对每次喷气系统的动量守恒，应用动量守恒定律时，可以对每次喷气依次应用，也可以整体应用。依次应用，也可以整体应用。答案答案(1)2 m/s/s(2)13.5 m/s (1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。后各物体质量的变化。(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否是明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否是同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地面的速度。况要转换成对地面的速度。(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。反冲物体列方程时要注意初、末状态动量的方向。反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的。速度的方向与原物体的运动方向是相反的。1“人船模型人船模型”问题的特征问题的特征 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力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。在相互作用的过程中，任的矢量和为零，则动量守恒。在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为问题归为“人船模型人船模型”问题。问题。名师点睛名师点睛 (1)“人船模型人船模型”问题中，两物体的运动特点是：人走问题中，两物体的运动特点是：人走船行、人停船停。船行、人停船停。(2)问题中的问题中的“船长船长”通常应理解为通常应理解为“人人”相对相对“船船”的相的相对位移，而在求解过程中应讨论的是对位移，而在求解过程中应讨论的是“人人”及及“船船”的对地的对地位移。位移。2有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右估计重一吨左右)。一位同学想用一个卷尺粗略测定它的。一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻下船，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长，然后用卷尺测出船长L。已知。已知他自身的质量为他自身的质量为m，则渔船的质量为多少？，则渔船的质量为多少？思路点拨思路点拨人和船组成的系统满足动量守恒的条件，人和船组成的系统满足动量守恒的条件，该同学有水平向左的位移，船有水平向右的位移，当人走该同学有水平向左的位移，船有水平向右的位移，当人走到最左端时，找出两者各自发生的位移，利用到最左端时，找出两者各自发生的位移，利用“人船模型人船模型”的规律进行求解。的规律进行求解。(1)应用应用“人船模型人船模型”的方法解题，首先要明确系统是的方法解题，首先要明确系统是否满足该模型的条件。否满足该模型的条件。(2)关键是正确画出各物体的位移图，找出位移的几关键是正确画出各物体的位移图，找出位移的几何关系。何关系。