2024-2025學年新教材高中物理第1章動量守恒定律6.反沖現象火箭課件新人教版選擇性必修第一冊

第一章6.反沖現象火箭學習目標1.通過學習,了解反沖運動和反沖運動在生活中的應用,知道火箭的飛行原理。(物理觀念)2.通過實例分析,能夠應用動量守恒定律解決反沖運動問題。(科學思維)3.通過學習和課外閱讀,了解我國航天技術的發(fā)展,增強民族自豪感。(科學態(tài)度與責任)基礎落實·必備知識全過關一、反沖現象1.概念

反沖過程中機械能增加反沖是一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩部分,一部分向某一個方向運動,另一部分向相反的方向運動的現象。2.特點(1)物體的不同部分在內力作用下向相反方向運動。

力大時短動量變化明顯(2)反沖運動中,系統

很大,

可忽略,可用

來解釋。

內力外力動量守恒定律3.反沖現象的應用及防止(1)應用:農田、園林的噴灌裝置利用反沖,使水從噴口噴出時,一邊噴水一邊旋轉。(2)防止:射擊運動員用步槍射擊時要把槍身抵在肩部,以減少

的影響。

反沖【要點提示】

反沖總動量為0,兩個速度共線反向。

二、火箭1.工作原理:應用了

的原理,火箭燃料燃燒產生的高溫、高壓燃氣從尾部噴管迅速噴出,使火箭獲得巨大的速度。

2.獲得的速度:以噴氣前的火箭為參考系,噴出的燃氣速度為u、質量為Δm,噴出燃氣后火箭的質量為m,則火箭獲得的速度v=

。

反沖3.影響火箭獲得速度大小的因素(1)噴氣速度:現代火箭的噴氣速度通常在2000~5000m/s。

通常以噴氣前的火箭為參考系(2)質量比:①火箭起飛時的質量與火箭除燃料外的箭體質量之比。質量比越大,火箭速度越大。②提高質量比的方法:多級火箭。4.現代火箭的主要用途:運載工具,如發(fā)射探測儀器、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。情境鏈接

如圖所示,當液體從相對的兩個側面上高低不同的小孔流出時,你看到了什么現象?它體現了什么物理原理?提示

盒子轉動起來;反沖原理,流出的液體的兩個反作用力方向相反又不共線,使盒子轉動。教材拓展閱讀教材P27中的“科學漫步”,寫出用質量比表示的火箭速度公式,并說明提高火箭速度的方法。易錯辨析(1)做反沖運動的兩部分的動量一定大小相等,方向相反。(

)(2)公園里的湖面上有一條小船靜止,一人站在船頭,現在人開始走向船尾,則小船會沿船頭方向前進。(

)(3)反沖運動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產生的效果。(

)(4)只有系統外力的矢量和為零的反沖運動才能用動量守恒定律來分析。(

)√√√×系統內力遠大于外力時,也可以用動量守恒定律來分析。

(5)火箭靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大速度。(

)(6)在火箭發(fā)射過程中,由于內力遠大于外力,所以火箭箭體和燃料總動量守恒。(

)√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一反沖運動及其應用導學探究章魚、烏賊游動先把水吸入體腔,然后收縮身體,通過身體上的小孔向外噴水,使身體向相反方向快速移動;農田、園林的噴灌裝置能夠一邊噴水一邊旋轉,可以澆灌均勻又能擴大澆灌范圍。因為噴口的朝向略微偏離半徑方向,水從噴口噴出時,噴管因反沖而旋轉;給一個氣球吹足氣,用手捏住氣球的出氣口,然后突然放手,讓氣體快速噴出,會看到氣球很快地飛出。結合以上實例,體會反沖運動的概念,并思考以下問題:(1)反沖運動的物體受力有什么特點?(2)反沖運動過程中系統的動量、機械能有什么變化?提示

(1)物體的不同部分受相反的作用力,在內力作用下向相反方向運動。(2)反沖運動中,相互作用的內力一般情況下遠大于外力,所以系統的動量守恒;反沖運動中,由于有其他形式的能轉變?yōu)闄C械能,所以系統的機械能增加。知識歸納1.反沖運動的三個特點(1)物體的不同部分在內力作用下向相反的方向運動。(2)在反沖運動中,相互作用力一般較大,通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚怼?3)在反沖運動中,一般有其他形式的能轉化為機械能,所以系統的總動能增加。2.反沖運動的應用與防止(1)利用有益的反沖運動反擊式水輪機利用水流與轉輪的葉片間的作用力,使轉輪由于反沖而旋轉;噴氣式飛機和火箭都是靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度。(2)避免有害的反沖運動射擊時,子彈向前飛去,槍身向后發(fā)生反沖。3.處理反沖運動應注意的三個問題(1)速度的方向對于原來靜止的整體,兩部分的運動方向必然相反。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,則反方向的速度應取負值。(2)相對速度問題在反沖運動中,有時遇到的速度是兩物體的相對速度。此類問題中應先將相對速度轉換成對地的速度,再列動量守恒定律方程。(3)變質量問題如在火箭的運動過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質量不斷減小,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行研究。典例剖析【例題1】

(2024山東濰坊一中高二月考)如圖所示,反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上,點燃酒精燈,水蒸氣將橡皮塞水平噴出,小車沿相反方向運動。如果小車運動前的總質量m'=3kg,水平噴出的橡皮塞的質量m=0.1kg。(水蒸氣質量忽略不計)(1)若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v=2.9m/s,求小車的反沖速度;(2)若橡皮塞噴出時速度大小不變,方向與水平方向成60°角,求小車的反沖速度。(小車一直在水平方向運動)解析

(1)小車和橡皮塞組成的系統所受外力之和為零,系統總動量為零。以橡皮塞運動的方向為正方向,根據動量守恒定律,有mv+(m'-m)v'=0負號表示小車運動方向與橡皮塞水平運動的方向相反,反沖速度大小是0.1

m/s。(2)小車和橡皮塞組成的系統水平方向動量守恒,以橡皮塞運動的水平分運動方向為正方向,有mvcos

60°+(m'-m)v″=0=-0.05

m/s負號表示小車運動方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反,反沖速度大小是0.05

m/s。答案

(1)0.1m/s,方向與橡皮塞水平運動方向相反(2)0.05m/s,方向與橡皮塞水平分運動的方向相反對點演練1.(2024山東青島十九中高二月考)如圖所示,進行太空行走的航天員A和B的質量分別為80kg和100kg,他們攜手遠離空間站,相對空間站的速度為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B的速度大小和方向。解析

設遠離空間站方向為正方向,根據動量守恒,(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,代入數據可解得vB=0.02

m/s,方向為遠離空間站方向。答案

0.02m/s

遠離空間站方向方法技巧

反沖問題的三點注意(1)內力的存在不會影響系統的動量守恒。(2)內力做的功往往會改變系統的總動能。(3)要明確反沖運動對應的過程,弄清初、末狀態(tài)的速度大小和方向的對應關系。探究點二火箭導學探究北京時間2023年10月26日11時14分,搭載神舟十七號載人飛船的長征二號F遙十七運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射,發(fā)射取得圓滿成功。發(fā)射火箭時點燃“起火”的藥捻,“起火”向下噴出氣體,同時“起火”飛向高空。結合該實例,回答下列問題:(1)“起火”向上飛出的原理是什么?(2)“起火”飛行的速度與什么有關?提示

(1)“起火”靠向下連續(xù)噴出的氣體反沖向上飛行,利用了反沖原理。(2)與火藥的質量和“起火”中的火藥燃燒后的質量之比有關,還與噴出的氣體速度有關。知識歸納1.工作原理:應用了反沖的原理,火箭靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度。2.影響火箭獲得速度大小的因素(2)噴氣速度:現代火箭發(fā)動機的噴氣速度為2000~4000m/s。典例剖析【例題2】

(2024福建福州一中高二期末)一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m=200g的氣體,氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v=1000m/s(相對地面),設火箭與燃料總質量m'=300kg,發(fā)動機每秒噴氣20次。求:(1)原來靜止的火箭第三次噴氣后的速度大小;(2)運動第1s末,火箭的速度大小。解析

(1)方法一

噴出氣體的運動方向與火箭運動的方向相反,系統的動量守恒。第一次氣體噴出后,設火箭速度為v1,有(m'-m)v1-mv=0第二次氣體噴出后,設火箭速度為v2,有(m'-2m)v2-mv=(m'-m)v1第三次氣體噴出后,火箭速度為v3,有(m'-3m)v3-mv=(m'-2m)v2方法二

選取整體為研究對象,運用動量守恒定律求解。設噴出三次氣體后火箭的速度為v3,以火箭和噴出的三次氣體為研究對象,根據動量守恒定律,得(m'-3m)v3-3mv=0(2)發(fā)動機每秒噴氣20次,以火箭和噴出的20次氣體為研究對象,根據動量守恒定律得(m'-20m)v20-20mv=0答案

(1)2m/s

(2)13.5m/s方法技巧

分析火箭類問題應注意的三點(1)火箭在運動過程中,隨著燃料的燃燒,火箭本身的質量不斷減小,故在應用動量守恒定律時,必須取在同一相互作用時間內的火箭和噴出的氣體為研究對象。注意反沖前、后各物體質量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系,如果不是同一參考系,要設法予以轉換,一般情況要轉換成對地的速度。(3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。對點演練2.(多選)(2024湖南益陽高二月考)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.使噴出的氣體質量更大D.使噴出的氣體密度更小AC解析

設火箭原來的總質量為m',噴出的氣體質量為m,速度是v,剩余的質量為m'-m,速度是v',由動量守恒定律得(m'-m)v'=mv,得

由上式可知m越大,v'越大;v越大,v'越大,故A、C正確。學以致用·隨堂檢測全達標123451.(反沖運動及其應用)(2024安徽淮北一中高二月考)以下實例不是反沖現象的是(

)A.當槍發(fā)射子彈時,槍身會同時向后運動B.烏賊向前噴水從而使自己向后游動C.火箭中的火藥燃燒向下噴氣推動自身向上運動D.戰(zhàn)斗機在緊急情況下拋出副油箱以提高機身的靈活性D12345解析

當槍發(fā)射子彈時,槍身同時受到一個反向的力會向后運動,故A是反沖現象;烏賊向前噴水從而使自己受到一個向后的力,向后游動,故B是反沖現象;火箭中的火藥燃燒向下噴氣而自身受到一個向上的推力,推動自身向上運動,故C是反沖現象;戰(zhàn)斗機拋出副油箱,質量減小,慣性減小,機身的靈活性提高,故D不是反沖現象。123452.(反沖運動及其應用)(2024湖南長沙高二期中)一探測器完成對月球的探測任務后,在離開月球的過程中,由靜止開始沿著與月球表面成一傾角的直線飛行,先加速運動,再勻速運動,探測器通過噴氣而獲得推動力,以下關于噴氣方向的描述正確的是(

)A.探測器加速運動時,沿直線向后噴氣B.探測器加速運動時,豎直向下噴氣C.探測器勻速運動時,豎直向下噴氣D.探測器勻速運動時,不需要噴氣C12345解析

探測器加速運動時,通過噴氣獲得的推動力,與月球對探測器的引力的合力沿加速運動方向,選項A、B錯誤;探測器勻速運動時,通過噴氣獲得的推動力與月球對探測器的引力的合力為零,根據反沖運動的特點可知選項C正確,D錯誤。123453.(反沖運動及其應用)(2024安徽滁州高二期末)帶子彈的步槍質量為5kg,一顆子彈的質量為10g,子彈從槍口飛出時的速度為900m/s,則第一發(fā)子彈射出后步槍的反沖速度約為(

)A.2m/s B.1.8m/sC.3m/s D.4m/sB解析

設子彈和槍的總質量為m總,子彈質量為m,以子彈從槍口飛出時速度的反方向為正方向,由動量守恒定律得(m總-m)v1-mv2=0,得123454.(火箭)(2024江蘇無錫高二月考)將模型火箭放在光滑水平面上點火,燃氣以某一速度從火箭噴口在很短時間內全部噴出。火箭在水平面上滑行,在燃氣從火箭噴口噴出的過程中,下列說法正確的是(空氣阻力可忽略)(

)A.火箭對燃氣作用力的沖量大于燃氣對火箭作用力的沖量B.火箭對燃氣作用