（全國通用）高中物理 第十六章 動量守恒定律 第5節(jié) 反沖運動火箭課件 新人教選修35

1、物理選修選修3-5 人教版人教版第十六章動量守恒定律動量守恒定律第五節(jié)反沖運動火箭第五節(jié)反沖運動火箭 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 標(biāo)標(biāo)了解反沖運動的動量守恒了解反沖運動的動量守恒明確反沖運動問題的處理方法，鞏固前面所學(xué)知識明確反沖運動問題的處理方法，鞏固前面所學(xué)知識了解反沖運動在航天航空中的應(yīng)用了解反沖運動在航天航空中的應(yīng)用 知知 識識 導(dǎo)導(dǎo) 圖圖1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時作業(yè)課時作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí)1定義定義一個靜止的物體在一個靜止的物體在_的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運動，

2、另一部分必然向動，另一部分必然向_方向運動的現(xiàn)象。方向運動的現(xiàn)象。2特點特點(1)物體的不同部分在物體的不同部分在_作用下向相反方向運動。作用下向相反方向運動。(2)反向運動中，反向運動中， 相互作用力一般較大，通?？梢杂孟嗷プ饔昧σ话爿^大，通?？梢杂胈來處來處理。理。知識點知識點 1反沖運動反沖運動內(nèi)力內(nèi)力相反相反內(nèi)力內(nèi)力動量守恒定律動量守恒定律3反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水一邊一邊_。(2)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的防止：用槍射擊時

3、，由于槍身的反沖會影響射擊的_，所以用，所以用步槍射擊時要把槍身抵在步槍射擊時要把槍身抵在_，以減少反沖的影響。，以減少反沖的影響。旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性肩部肩部1火箭火箭現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得_向前推進(jìn)的飛行向前推進(jìn)的飛行器。器。2火箭的工作原理火箭的工作原理當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時，從尾部噴出的氣體具有很大的當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時，從尾部噴出的氣體具有很大的_，根據(jù)動量，根據(jù)動量守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的_，因而發(fā)生連續(xù)的，因而發(fā)生連續(xù)的_現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，

4、現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。知識點知識點 2火箭火箭反作用力反作用力動量動量動量動量反沖反沖3影響火箭速度大小的因素影響火箭速度大小的因素(1)噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2.5km/ /s，提高到，提高到3 34 4km/ /s需很高的技術(shù)水平。需很高的技術(shù)水平。(2)質(zhì)量比：火箭質(zhì)量比：火箭_時的質(zhì)量與火箭除燃料外的時的質(zhì)量與火箭除燃料外的_質(zhì)量之質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過比，現(xiàn)代

5、火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過10。4現(xiàn)代火箭的主要用途現(xiàn)代火箭的主要用途利用火箭作為利用火箭作為_工具，例如發(fā)射探測儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人工具，例如發(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。造衛(wèi)星和宇宙飛船等。開始飛行開始飛行箭體箭體運載運載判一判判一判(1)反沖運動中動量守恒。反沖運動中動量守恒。()(2)農(nóng)田、園林的噴灌裝置的原理是反沖運動。農(nóng)田、園林的噴灌裝置的原理是反沖運動。()(3)反沖運動實際上是相互作用物體之間的一對平衡力產(chǎn)生的效果。反沖運動實際上是相互作用物體之間的一對平衡力產(chǎn)生的效果。 ()(4)現(xiàn)代火箭是利用火箭和空氣間的作用力而升空的。現(xiàn)代火箭是利用火箭和空氣

6、間的作用力而升空的。()(5)用多級火箭發(fā)射衛(wèi)星可以獲得所需的速度。用多級火箭發(fā)射衛(wèi)星可以獲得所需的速度。()D想一想想一想兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時間將到，她兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時間將到，她們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右左右時，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)時，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績從未低于的成績從未低于2m，跳到岸上絕對沒有問題。于，跳到岸上絕對沒有問題。于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖如圖)。她為什。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？

7、(假設(shè)起跳時假設(shè)起跳時船已靜止船已靜止)課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究假如在月球上建一飛機(jī)場，應(yīng)配置噴氣式飛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？機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢？提示：提示：因為月球上沒有空氣，所以螺旋槳飛因為月球上沒有空氣，所以螺旋槳飛機(jī)無法起飛，只能配置噴氣式飛機(jī)。機(jī)無法起飛，只能配置噴氣式飛機(jī)。探究一對反沖運動的理解探究一對反沖運動的理解1反沖運動的三個特點：反沖運動的三個特點：(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。(2)反沖運動中，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)反沖運動中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)

8、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。處理。(3)反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動能增反沖運動中，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。加。2分析反沖運動應(yīng)注意的問題分析反沖運動應(yīng)注意的問題(1)速度的反向性問題速度的反向性問題對于原來靜止的整體，拋出部分具有速度時，剩余部分的反沖是相對于拋對于原來靜止的整體，拋出部分具有速度時，剩余部分的反沖是相對于拋出部分來說的，兩者運動方向必然相反。在列動量守恒方程時，可任意規(guī)定某出部分

9、來說的，兩者運動方向必然相反。在列動量守恒方程時，可任意規(guī)定某一部分的運動方向為正方向，則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值。一部分的運動方向為正方向，則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值。(2)相對速度問題相對速度問題反沖運動的問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度。由反沖運動的問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度。由于動量守恒定律中要求速度為對同一參考系的速度，通常為對地的速度。因此于動量守恒定律中要求速度為對同一參考系的速度，通常為對地的速度。因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程。應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程。(3)變質(zhì)量

10、問題變質(zhì)量問題在反沖運動中還常遇到變質(zhì)量物體的運動，如在火箭的運動過程中，隨著在反沖運動中還常遇到變質(zhì)量物體的運動，如在火箭的運動過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程來進(jìn)短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程來進(jìn)行研究。行研究。一個連同裝備總質(zhì)量為一個連同裝備總質(zhì)量為M100kg的宇航員，在距離飛船的宇航員，在距離飛船s45m處與飛船處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，他準(zhǔn)備對太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修，宇航員處

11、與飛船處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，他準(zhǔn)備對太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修，宇航員背著裝有質(zhì)量為背著裝有質(zhì)量為m00.5kg的氧氣貯氣筒，筒內(nèi)有一個可以使氧氣以的氧氣貯氣筒，筒內(nèi)有一個可以使氧氣以v50m/ /s的的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后，必須向著返回飛船方向的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后，必須向著返回飛船方向的反方向釋放氧氣，才能回到飛船，同時又必須保留一部分氧氣供途中宇航員呼反方向釋放氧氣，才能回到飛船，同時又必須保留一部分氧氣供途中宇航員呼吸之用，宇航員的耗氧率為吸之用，宇航員的耗氧率為Q2.52.510104 4kg/ /s，如果不考慮噴出氧氣對設(shè)備與宇，如果不考

12、慮噴出氧氣對設(shè)備與宇航員總質(zhì)量的影響，則：航員總質(zhì)量的影響，則：(1)噴出多少氧氣，宇航員才能安全返回飛船？噴出多少氧氣，宇航員才能安全返回飛船？(2)為了使總耗氧量最低，應(yīng)該一次噴出多少氧氣？返回時間是多少？為了使總耗氧量最低，應(yīng)該一次噴出多少氧氣？返回時間是多少？典例典例 1解題指導(dǎo)：解題指導(dǎo)：本題中宇航員所帶的氧氣量一定，問題是要將它合理分配給呼本題中宇航員所帶的氧氣量一定，問題是要將它合理分配給呼吸和噴氣兩個方面使用，并能保證宇航員安全返回飛船。吸和噴氣兩個方面使用，并能保證宇航員安全返回飛船。答案：答案：(1)0.05kg0.45kg(2)0.15kg；600s對點訓(xùn)練對點訓(xùn)練1假定

13、冰面是光滑的，某人站在冰凍河面的中央，他想到達(dá)假定冰面是光滑的，某人站在冰凍河面的中央，他想到達(dá)岸邊，則可行的辦法是岸邊，則可行的辦法是()A步行步行B揮動雙臂揮動雙臂C在冰面上滾動在冰面上滾動D脫去外衣拋向岸的反方向脫去外衣拋向岸的反方向解析：解析：由于冰面光滑，無法行走或滾動，由動量守恒定律可知，只有拋出由于冰面光滑，無法行走或滾動，由動量守恒定律可知，只有拋出物體獲得反沖速度才能到達(dá)岸邊。物體獲得反沖速度才能到達(dá)岸邊。D我國宋代就發(fā)明了火箭我國宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲如圖甲)，火箭上扎一個火，火箭上扎一個火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點燃后火箭由于藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點燃

14、后火箭由于反沖向前運動。現(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同反沖向前運動。現(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同(如圖如圖乙乙)，你知道我國，你知道我國“長征長征”號系列火箭是怎樣先后將號系列火箭是怎樣先后將“神舟神舟”號系列載人飛船送上太空的嗎？號系列載人飛船送上太空的嗎？提示：提示：火箭靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力，火箭靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力，將將“神舟神舟”系列飛船送入太空。系列飛船送入太空。探究二火箭的工作原理探究二火箭的工作原理2分析火箭類問題應(yīng)注意的幾點分析火箭類問題應(yīng)注意的幾點(1)火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的

15、質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研應(yīng)用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。究對象。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)的速度的參考系是不是同一參考系，如果不明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是不是同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地速度。是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地速度。(3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。反沖物體速度的方向與原物體列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。反沖物體速度的方向與原物

16、體的運動方向是相反的。的運動方向是相反的。一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m200g的氣體，氣體離開發(fā)動機(jī)的氣體，氣體離開發(fā)動機(jī)噴出時的速度噴出時的速度v1000m/s，設(shè)火箭質(zhì)量，設(shè)火箭質(zhì)量M300kg，發(fā)動機(jī)每秒噴氣，發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次。次。(1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？(2)運動第運動第1s末，火箭的速度多大？末，火箭的速度多大？解題指導(dǎo)：解題指導(dǎo)：(1)恰當(dāng)選取研究對象，應(yīng)用動量守恒定律求解。恰當(dāng)選取研究對象，應(yīng)用動量守恒定律求解。(2)列方程時注意火箭質(zhì)量的變化。列方程時注意火箭質(zhì)量的變化。典例典例 2答案：答案：2m

17、/ /s；13.513.5m/ /sD素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升1“人船模型人船模型”問題的特征問題的特征兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，若所受外力的矢量和為零，則動量兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，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，任一時刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反守恒。在相互作用的過程中，任一時刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。這樣的問題歸為比。這樣的問題歸為“人船模型人船模型”問題。問題。人船模型人船模型(2)解題時要畫出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長度間的關(guān)系。解題時要畫出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長度間的關(guān)系。(3)適用條件適用條件“人船模型人船模型

18、”是利用平均動量守恒求解的一類問題。適用條件是：是利用平均動量守恒求解的一類問題。適用條件是：系統(tǒng)由兩個物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動量守恒。系統(tǒng)由兩個物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動量守恒。在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運動的過程中至少有一個方向的動量守恒，注意兩物在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運動的過程中至少有一個方向的動量守恒，注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移。體的位移是相對同一參考系的位移。如圖所示，長為如圖所示，長為L、質(zhì)量為、質(zhì)量為M的船停在靜的船停在靜水中，一個質(zhì)量為水中，一個質(zhì)量為m的人的人(可視為質(zhì)點可視為質(zhì)點)站在船的左端，在站在船的左端，在人從船頭走到船尾的過程中，船與人相對地的位移大小人從船頭走到船尾的