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5 反冲运动 火箭,情 景 导 入,我国宋代就发明了火箭(如图甲),箭竿上扎一个火药筒,火药筒的前端是封闭的,火药点燃后火箭由于反冲向前运动。现代火箭,原理与古代火箭相同(如图乙)。你知道我国“长征”号系列火箭是怎样先后将“神舟”号系列载人飞船送上太空的吗?,思 维 导 图,一,二,填一填,一、反冲运动(见课本第22页) 1.定义:如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫作反冲。 2.特点:(1)物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。(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。,一,二,填一填,二、火箭(见课本第23页) 1.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 0004 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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一对反冲运动的进一步理解 射击运动员在射击比赛时,总是把枪托抵在自己的肩上,这是为什么?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.反冲运动的三个特点 (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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.反冲运动的处理方法 (1)反冲运动过程中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分析解决问题。 (2)反冲运动过程中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分析解决问题。 (3)反冲运动过程中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,可以在该方向上用动量守恒分析解决问题。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,3.讨论反冲运动应注意的三个问题 (1)速度的方向性:对于原来静止的整体,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,可任意规定某一部分的运动方向为正方向,则反方向的这一部分的速度就要取负值。 (2)速度的相对性: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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题1】一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g 的气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1 000 m/s,设火箭质量m0=300 kg,发动机每秒喷气20次。 (1)当第3次气体喷出后,火箭的速度多大? (2)运动第1 s末,火箭的速度多大? 解析:方法一:(1)喷出气体运动方向与火箭运动方向相反,系统动量守恒。 (m0-m)v1-mv=0,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练1 一质量为m0的航天器远离太阳和行星,正以速度v0在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出质量为m的气体,气体向后喷出的速度大小为v1,求加速后航天器的速度大小为 。(v0、v1均为相对同一参考系的速度) 解析:设加速后航天器的速度大小为v,由动量守恒定律有m0v0=-mv1+(m0-m)v,解得,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究二反冲运动的典型应用人船模型,质量为m的人站在质量为m0、长为L的静止小船的右端,小船的左端靠在岸边,如图所示,当他向左走到船的左端时,船左端离岸的距离是多少?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.“人船模型”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。这样的问题归为“人船模型”问题。 2.处理“人船模型”问题的关键 (1)利用动量守恒,确定两物体速度关系,再确定两物体通过的位移的关系。 由于动量守恒,所以任一时刻系统的总动量为零,动量守恒式可写成m1v1=m2v2的形式(v1、v2为两物体的瞬时速率),表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比。所以全过程的平均速度也与质量成反比。进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比,即,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,找出各长度间的关系。 (3)适用条件: “人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是: 系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量守恒。 在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】 有一只小船停在静水中,船上一人从船头走到船尾。如果人的质量m=60 kg,船的质量m0=120 kg,船长为l=3 m,则船在水中移动的距离是多少?水的阻力不计。 解析:选人和船组成的系统为研究对象,作出人在船上走动时的过程示意图如图所示。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2 载人气球静止于高h的空中,气球的质量为m0,人的质量为m,若人沿绳梯滑至地面,则绳梯至少为多长? 解析:,气球和人原来静止在空中,说明系统所受合外力为零,故系统在人下滑过程中动量守恒,人着地时绳梯至少应接触地面,设绳梯长为L,人沿绳梯滑至地面人的位移为x人,球的位移为x球,它们的位移关系如图所示,由动量守恒有0=m0x球-mx人,又有x球+x人=L,x人=h,1,2,3,4,5,1.下列不属于反冲运动的是( ) A.喷气式飞机的运动 B.物体做自由落体的运动 C.火箭的运动 D.反击式水轮机的运动 解析:喷气式飞机和火箭都是靠喷出气体,通过反冲获得前进的动力;反击式水轮机靠水轮击打水,通过反冲获得动力。 答案:B,1,2,3,4,5,2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是( ) A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭 解析:火箭工作的原理是利用反冲运动,是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时,使火箭获得反冲速度,与周围的空气无关,故答案为B选项。 答案:B,1,2,3,4,5,3.一人静止于光滑的水平冰面上,现欲向前运动,下列方法中可行的是( ) A.向后踢腿 B.手臂向后甩 C.在冰面上滚动 D.脱下外衣向后水平抛出 解析:由于冰面没有摩擦,所以C不行;A、B由于总动量守恒,所以人整体不动;只有D是反冲现象,可使人向前运动。 答案:D,1,2,3,4,5,4. 如图,一光滑地面上有一质量为m0的足够长的木板ab,一质量为m的人站在木板的a端,关于人由静止开始运动到木板的b端(M、N表示地面上原a、b对应的点),下列图示正确的是( ),1,2,3,4,5,解析:根据动量守恒定律,m0、m系统动量守恒,对于题中的“人船模型”,各自对地的位移为sm0、sm,且有m0sm0=msm,sm0+sm=L板长(有时也称为平均动量守恒),以M点为参考,人向右运动,船向左运动,D图是正确的。 答案:D,1,2,3,4,5,5. (选做题) 一个质量为m0,底面边长为b的三角形劈块静止于光滑水平面上,如图所示,有一质量为m的小球由斜面顶部无初速滑到底部的过程中,劈块移动的距离为 。,1,2,3,4,5,解析: 小球与劈组成的系统动量不守恒,但在水平方向动量守恒,如图所示,设劈移动的距离为s,则小球运动的水平距离为(b-s),由水平方向动量守恒得m0s=m(b-s),故,
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