07-第一章-6.反沖現(xiàn)象-火箭-2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第一冊(人教版)配套課件

6．反沖現(xiàn)象火箭第一章動量守恒定律1．通過實驗認識反沖運動，能舉出反沖運動的實例，知道火箭的發(fā)射是反沖現(xiàn)象。2．能結(jié)合動量守恒定律對常見的反沖現(xiàn)象作出解釋。3．了解我國航天事業(yè)的巨大成就，增強對我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的自信。學(xué)習(xí)任務(wù)1．定義原來靜止的系統(tǒng)在____的作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分向____方向運動的現(xiàn)象。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達成知識點一反沖現(xiàn)象提醒

被分離的一部分物體既可以是高速噴射出的液體、氣體，也可以是固體。內(nèi)力相反2．規(guī)律反沖現(xiàn)象中，系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，滿足_______________。3．反沖現(xiàn)象的防止及應(yīng)用(1)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的______，所以用槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。(2)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，一邊噴水一邊____。

動量守恒定律準(zhǔn)確性旋轉(zhuǎn)兩位同學(xué)在公園里劃船，當(dāng)小船離碼頭大約1.5m時，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠的成績從未低于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。問題1

這位同學(xué)為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？提示：這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水的阻力的情況下，所受合外力為零，在她跳起前后遵循動量守恒定律。在她向前跳起瞬間，船要向后運動。問題2

這種現(xiàn)象屬于什么物理現(xiàn)象？提示：反沖現(xiàn)象。1．反沖運動的特點(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。(2)在反沖運動中，相互作用力一般較大，通常可以用動量守恒定律來處理。(3)在反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能，所以系統(tǒng)的總機械能增加。2．處理反沖運動應(yīng)注意的問題

(1)速度的方向。對于原來靜止的整體，拋出部分與剩余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(yīng)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(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(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來進行研究。

√[思路點撥]

本題的研究對象是章魚和噴出的水，注意章魚噴水時要消耗自身的能量，同時還要注意速度的矢量性和相對性。

規(guī)律方法

反沖運動和碰撞、爆炸有相似之處，相互作用力常為變力，且作用力大，一般都滿足內(nèi)力?外力，所以反沖運動可用動量守恒定律來處理。

√

1．工作原理利用____的原理，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣從尾部噴管迅速噴出，使火箭獲得巨大速度。2．影響火箭獲得速度大小的因素一是________，二是火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比。噴氣速度____，質(zhì)量比____，火箭獲得的速度越大。知識點二火箭提醒

由火箭的工作原理可知，與火箭發(fā)生相互作用的是火箭噴出的燃氣，而不是外界的空氣。反沖噴氣速度越大越大多級運載火箭發(fā)射時，先點燃第一級火箭，燃料用完后，空殼自動脫落，然后下一級火箭開始工作。問題1

火箭點火后能加速上升的動力是什么力？提示：燃燒產(chǎn)生的氣體高速向下噴出，氣體產(chǎn)生的反作用力推動火箭加速上升。問題2

要提升運載物的最大速度可采用什么措施？提示：提高氣體噴射速度，增加燃料質(zhì)量，及時脫離前一級火箭空殼。1．工作原理應(yīng)用反沖運動，其反沖過程動量守恒。它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度。2．分析火箭類問題應(yīng)注意的三個問題(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。(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(shè)法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)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?！镜淅?】一火箭的噴氣發(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(shè)火箭的質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣20次，當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度為多大？

[思路點撥]

火箭噴氣屬反沖現(xiàn)象，火箭和氣體組成的系統(tǒng)動量守恒，運用動量守恒定律求解。

[答案]

2m/s[母題變式]在[典例2]中，若發(fā)動機每次噴出200g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時相對火箭的速度v＝1000m/s，則當(dāng)?shù)谝淮螝怏w噴出后，火箭的速度多大？

提示：由動量守恒定律(M－m)v1－m(v－v1)＝0，解得v1≈0.67m/s。規(guī)律方法

火箭類反沖問題解題要領(lǐng)(1)兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系必須是同一參考系，且一般以地面為參考系。(2)要特別注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。

√

如圖所示為一條約為180kg的小船漂浮在靜水中，當(dāng)人從船尾走向船頭時，小船也發(fā)生了移動，不計水的阻力。知識點三

“人船模型”問題問題1

小船發(fā)生移動的動力是什么力？小船向哪個方向運動？提示：摩擦力。向左運動，即與人行走的方向相反。問題2

當(dāng)人走到船頭相對船靜止時，小船還運動嗎？為什么？提示：不運動。小船和人組成的系統(tǒng)動量守恒，當(dāng)人的速度為零時，船的速度也為零。問題3

當(dāng)人從船尾走到船頭時，有沒有可能出現(xiàn)如圖甲或如圖乙的情形？為什么？提示：不可能。由系統(tǒng)動量守恒可知，人和船相對于地面的速度方向一定相反，不可能向同一個方向運動，且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比。

2．“人船模型”中的規(guī)律(1)人船模型中的動力學(xué)規(guī)律：由于組成系統(tǒng)的兩物體受到大小相同、方向相反的一對力，故兩物體速度或位移與質(zhì)量成反比、方向相反。這類問題的特點是兩物體同時運動，同時停止。(2)人船模型中的動量與能量規(guī)律：由于系統(tǒng)不受外力作用，故遵守動量守恒定律，又由于相互作用力做功，故系統(tǒng)或每個物體動能均發(fā)生變化。用力對“人”做的功量度“人”動能的變化；力對“船”做的功量度“船”動能的變化?！镜淅?】

(多選)如圖所示，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑水平面上，小車AB段是半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道，BC段是長為L的粗糙水平軌道，兩段軌道相切于B點。一質(zhì)量為m的可視為質(zhì)點的滑塊從小車上的A點由靜止開始沿軌道下滑，然后滑入BC軌道，最后恰好停在C點。已知小車質(zhì)量M＝4m，滑塊與軌道BC間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，則(

)

√√√

√

√

1．一人靜止于光滑的水平冰面上，現(xiàn)欲離開冰面，下列方法中可行的是(

)A．向后踢腿B．向后甩手

C．脫下衣服或鞋子水平拋出

D．脫下衣服或鞋子豎直向上拋出應(yīng)用遷移·隨堂評估自測243題號1√C

[以人作為整體為研究對象，向后踢腿或手臂向前甩，人整體的總動量為0，不會運動起來，故A、B錯誤；把人和外衣、鞋視為一整體，這個整體動量為0，人給外衣或鞋子一個水平速度，總動量不變，所以人有一個反向的速度，可以離開冰面，故C正確；把人和外衣、鞋視為一整體，這個整體動量為0，人給外衣或鞋子一個豎直方向的速度，水平方向的總動量仍然等于0，所以人仍然靜止，不能離開冰面，故D錯誤。]243題號12．航天員離開空間站太空行走時，連同裝備共100kg，在離飛船60m的位置與空間站處于相對靜止的狀態(tài)，裝備中有一個高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體，為了能在5min內(nèi)返回空間站，他需要在開始返回的瞬間至少一次性向后噴出氣體的質(zhì)量是(不計噴出氣體后航天員和裝備質(zhì)量的變化)(

)A．0.10kg

B．0.20kg

C．0.35kg

D．0.40kg23題號14√

23題號14

23題號41√

4．(新情境題，以空間飛行器為背景，考查反沖原理)在地球大氣層以外的宇宙空間，基本上按照天體力學(xué)的規(guī)律運行的各類飛行器，稱為空間飛行器。航天器是執(zhí)行航天任務(wù)的主體，是航天系統(tǒng)的主要組成部分。由于外太空是真空的，飛行器在加速過程中一般使用反沖推進器，某種推進器在工作時利用電場加速帶電粒子，形成向外發(fā)射的粒子流而對飛行器產(chǎn)生反沖力，由于太空阻力極小，只需一點點動力即可以達到很高的速度。我國發(fā)射的“實踐九號”攜帶的衛(wèi)星上第一次使用了上述離子電推力技術(shù)，從此為我國的航天技術(shù)開啟了一扇新的大門。已知飛行器的質(zhì)量為M，發(fā)射的是2價氧離子，發(fā)射功率為P，加速電壓為U，每個氧離子的質(zhì)量為m，元電荷為e，原來飛行器靜止，不計發(fā)射氧離子后飛行器質(zhì)量的變化，求：243題號1(1)射出的氧離子速度大??；(2)每秒鐘射出的氧離子數(shù)；(3)射出離子后飛行器開始運動的加速度大小。243題號1

243題號1

243題號1

回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．反沖過程中以相互作用的兩部分為系統(tǒng)是否滿足動量守恒？提示：滿足。2．火箭的工作原理是什么？提示：反沖原理。3．應(yīng)用反沖原理分析火箭發(fā)射時，研究對象是什么？提示：箭體和噴出的氣體。航天員太空行走太空行走又稱為出艙活動。是載人航天的一項關(guān)鍵技術(shù)，是載人航天工程在軌道上安裝大型設(shè)備、進行科學(xué)實驗、施放衛(wèi)星、檢查和維修航天器的重要手段。要實現(xiàn)太空行走這一目標(biāo)，需要諸多的特殊技術(shù)保障。閱讀材料·拓寬物理視野幫助航天員實現(xiàn)太空行走的是自足式手提機動噴射器。這個裝置主要由兩個氧氣儲罐和一個壓力調(diào)節(jié)器組成，重3.4kg，其中高壓氧氣推進劑重約0.13kg。它每秒能產(chǎn)生約181N的推力，行進速度為1.82m/s，相當(dāng)于普通人慢跑的速度。該裝置有3個噴管，2個噴管對著后方，1個噴管對著前方。開動對著后方的2個噴管，即可推著航天員向前移動，開動對著前方的1個噴管，即可停止移動。問題1．航天員太空行走用到的自足式手提機動噴射器的原理是什么？提示：反沖原理。2．航天員太空行走速度的快慢和什么有關(guān)？提示：手提機動噴射器的噴射速度和噴出氣體的質(zhì)量。

題組一反沖現(xiàn)象1．下列圖片所描述的事例或應(yīng)用中，沒有利用反沖運動原理的是(

)題號課時分層作業(yè)(五)反沖現(xiàn)象火箭352468791011121A．噴灌裝置的自動旋轉(zhuǎn)B．章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向C．運載火箭發(fā)射過程D．碼頭邊輪胎的保護作用√D

[噴灌裝置是利用水流噴出時的反沖作用而旋轉(zhuǎn)的，章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向利用了噴出的水的反沖作用，火箭發(fā)射時利用噴氣的方式而獲得動力，利用了反沖作用，故A、B、C不符合題意；碼頭邊輪胎的作用是延長碰撞時間，從而減小作用力，沒有利用反沖作用，故D符合題意。]題號352468791011112

題號234568791011√112

3．如圖所示，被一細線固定的A、B兩個物體靜止在光滑水平面上，物體A、B之間的彈簧處于壓縮狀態(tài)，但與物體A、B不拴接，且物體A、B的質(zhì)量關(guān)系滿足mA＝2mB。當(dāng)燒斷細線后，物體A、B的動能之比為(

)A．1∶2

B．2∶1

C．1∶1

D．4∶1題號324568791011√112

題號423568791011√112

5．(多選)下列關(guān)于火箭的描述正確的是(

)A．增加單位時間的燃氣噴射量可以增大火箭的推力B．增大燃氣相對于火箭的噴射速度可以增大火箭的推力C．當(dāng)燃氣噴出火箭噴口的速度相對于地面為零時火箭就不再加速D．火箭發(fā)射時獲得的推力來自噴出的燃氣與發(fā)射臺之間的相互作用題號245368791011√112√

題號245368791011112

題號245368791011√112

題號245368791011112

題組三“人船模型”7．(多選)如圖所示，載有物資的、總質(zhì)量為M的熱氣球靜止于距水平地面H的高處，現(xiàn)將質(zhì)量為m的物資以相對地面豎直向下的速度v0投出，物資落地時與熱氣球的距離為d。熱氣球所受浮力不變，重力加速度為g，不計阻力。下列說法正確的是(

)題號245376891011112

√√

題號245376891011112

題號245386791011√112

題號245386791011112

題號924538671011√112

題號92453867101111210．如圖所示，質(zhì)量為M的滑塊可在水平放置的光滑固定導(dǎo)軌上自由滑動，質(zhì)量為m的小球與滑塊上的懸點O由一不可伸長的輕繩相連，繩長為L。開始時，輕繩處于水平拉直狀態(tài)，小球和滑塊均靜止?，F(xiàn)將小球由靜止釋放，當(dāng)小球到達最低點時，滑塊剛好被一表面涂有黏性物質(zhì)的固定擋板粘住，在極短的