1、5 反冲运动 火箭,第十六章 动量守恒定律,学科素养与目标要求,1.了解反冲运动及反冲运动的典型事例. 2.能够应用动量守恒定律分析反冲运动问题.,科学思维：,1.了解火箭的飞行原理及决定火箭最终速度大小的因素. 2.体会物理学规律在推动人类社会发展中的重要作用.,科学态度与责任：,自主预习,01,1.定义 一个静止的物体在 力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向 的方向运动的现象. 2.规律：反冲运动中，相互作用力一般较 ，满足 . 3.反冲现象的应用及防止： (1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边 . (2)防止：用枪射击时，由于枪身的
2、 会影响射击的准确性，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响.,反冲现象,一,相反,大,内,动量守恒定律,旋转,反冲,1.工作原理：利用 的原理，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从 喷管迅速喷出，使火箭获得巨大的向前的速度. 2.影响火箭获得速度大小的两个因素： (1)喷气速度：现代火箭的喷气速度为2 0004 000 m/s. (2)质量比：火箭初始时的质量与燃料用完时箭体质量之比.喷气速度 ，质量比 ，火箭获得的速度越大. 3.现代火箭的主要用途：利用火箭作为 工具，如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等.,火箭,二,尾部,反冲,越大,越大,运载,1.判断下列说法
3、的正误. (1)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果.() (2)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析.() (3)反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子.() (4)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行.(),即学即用,2.如图1所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲 的速度大小为_.,解析取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒.炮弹发射前，系统的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos
4、，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有：mv0cos Mv0，所以炮车向后反冲的速度大小为v .,图1,重点探究,02,在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动，结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题： (1)反冲运动的物体受力有什么特点？,反冲运动的理解和应用,一,导学探究,答案物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动.,(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？,答案反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，
5、所以系统的动量守恒；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加.,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，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒. (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加. 2.讨论反冲运动应注意的两个问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，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就要取负值. (2)速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作用的两物体的相对速度，应先将相对速度
6、转换成相对地面的速度，再列动量守恒方程.,知识深化,例1反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动.如果小车运动前的总质量M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m0.1 kg.(水蒸气质量忽略不计) (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v2.9 m/s，求小车的反冲速度；,答案0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反,解析小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零.以橡皮塞运动的方向为正方向 根据动量守恒定律，mv(Mm)v0,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.1 m/s.,(2)若橡皮塞喷出时速
7、度大小不变，方向与水平方向成60角，求小车的反冲速度.(小车一直在水平方向运动),答案0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反,解析小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒.以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有 mvcos 60(Mm)v0,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s.,1.火箭飞行的工作原理是什么？,火箭的工作原理分析,二,导学探究,答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理.,2.设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v.,答案在火箭发射过程中
8、，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒.取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv(Mm)v 则由动量守恒定律得0mv(Mm)v,1.火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用. 2.分析火箭类问题应注意的三个问题 (1)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. (2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，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的速度. (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向.,
9、知识深化,例2一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v1 000 m/s.设火箭质量M300 kg，发动机每秒钟喷气20次. (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？,解析规定与v相反的方向为正方向 设喷出三次气体后，火箭的速度为v3， 以火箭和三次喷出的气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M3m)v33mv0，,答案2 m/s,(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？,解析发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象， 根据动量守恒定律得：(M20m)v2020mv0，,答案13.5 m/s,1.“人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时
10、，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒. 2.人船模型的特点 (1)两物体满足动量守恒定律： (2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右，人船位移比等于它们质量的反比，即m1x1m2x2.,反冲运动的应用“人船模型”,三,例3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m60 kg，船的质量M120 kg，船长为l3 m，则船在水中移动的距离是多少？(水的阻力不计),答案1 m,解析人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合外力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒，如图所示. 设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间里船后退的距离为x，人相对地面运动的距离为
11、lx，选船后退方向为正方向，,学科素养例3通过“人船模型”的建构，进一步巩固动量守恒定律的应用和对反冲运动的理解，较好地体现了物理“科学思维”的核心素养.,针对训练(2018孝感八校联盟高二下期末联考)如图2所示，大气球质量为100 kg，载有质量为50 kg的人，静止在空气中距地面20 m高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则这绳长至少应为(可以把人看做质点) A.10 m B.30 m C.40 m D.60 m,图2,解析人与气球组成的系统动量守恒，设人的速度为v1，气球的速度为v2，运动时间为t.以人与气球组成的系统为研究对
12、象，以向下为正方向，由动量守恒得：m1v1m2v20，,则绳子长度Ls气球s人10 m20 m30 m，即绳子至少30 m长，故选B.,总结提升,“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应明确： (1)适用条件： 系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零； 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(如水平方向或竖直方向). (2)画草图：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，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.,达标检测,03,1.(反冲运动的理解)关于反冲运动的说法中，正确的是 A.抛出部分的质量m1要小于剩下部分的质量m2才能获得
13、反冲 B.若抛出部分的质量m1大于剩下部分的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力 C.反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用 D.抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律,解析由于系统的一部分物体向某一方向运动，而使另一部分向相反方向运动，这种现象叫反冲运动.定义中并没有确定两部分物体之间的质量关系，故选项A错误. 在反冲运动中，两部分之间的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知，它们大小相等，方向相反，故选项B错误. 在反冲运动中一部分受到另一部分的作用力产生了该部分的加速度，使该部分的速度逐渐增大，在此过程中对每一部分牛顿第二定律都成立，故选项C错误，选项D正确.,
14、1,2,3,4,1,2,3,4,2.(反冲运动的计算)(2017全国卷)将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出.在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略) A.30 kgm/s B.5.7102 kgm/s C.6.0102 kgm/s D.6.3102 kgm/s,解析设火箭的质量为m1，燃气的质量为m2.由题意可知，燃气的动量p2m2v250103600 kgm/s30 kgm/s.以火箭运动的方向为正方向，根据动量守恒定律可得，0m1v1m2v2，则火箭的动量大小为p1m1v1m2v230 kgm/s，所以A正确，B、C、D错误.,3.(反冲运动的计算)(2018孝感八校联盟高二下期末联考)静止的实验火箭，总质量为M，当它以相对地面的速度v0喷出质量为m的高温气体后，火箭的速度为,1,2,3,4,解析火箭整体动量守恒，以v0的方向为正方向，则有(Mm)vmv00，,1,2,3,4,4.(人船模型的迁移)质量为m、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上.当小球从如图3所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离是,图3,
