高中物理 第16章 第5節(jié) 反沖運動 火箭課件 新人教版選修3-5.ppt

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成才之路 物理,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-5,動量守恒定律,第十六章,第五節(jié) 反沖運動 火箭,第十六章,我國宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲)，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反沖向前運動。現(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同(如圖乙)，你知道我國“長征”號系列火箭是怎樣先后將“神舟”號系列載人飛船送上太空的嗎？,1.定義 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動，另一部分必然向_____方向運動的現(xiàn)象。 2．特點 (1)物體的不同部分在_____作用下向相反方向運動。 (2)反向運動中，相互作用力一般較大，通常可以用_____________來處理。,反沖運動,內(nèi)力,相反,內(nèi)力,動量守恒定律,3．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，一邊噴水一邊_____。 (2)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的________，所以用步槍射擊時要把槍身抵在_____，以減少反沖的影響。,旋轉(zhuǎn),準確性,肩部,1.火箭 現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃氣獲得__________向前推進的飛行器。 2．火箭的工作原理 當火箭推進劑燃燒時，從尾部噴出的氣體具有很大的_____，根據(jù)動量守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的_____，因而發(fā)生連續(xù)的_____現(xiàn)象，隨著推進劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當推進劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。,火箭,反作用力,動量,動量,反沖,3．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2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技術(shù)水平。 (2)質(zhì)量比：火箭__________時的質(zhì)量與火箭除燃料外的_____質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達到的質(zhì)量比不超過10。 4．現(xiàn)代火箭的主要用途 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、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。,開始飛行,箭體,運載,一、反沖運動的特點及其遵循的規(guī)律 1．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)反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，所以系統(tǒng)的總動能增加。 2．反沖運動中，以下三種情況均可應(yīng)用動量守恒定律解決 (1)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，滿足動量守恒的條件，可以用動量守恒定律解決反沖運動問題。,(2)系統(tǒng)雖然受到外力作用，但內(nèi)力遠遠大于外力，外力可以忽略，也可以用動量守恒定律解決反沖運動問題。 (3)系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零，系統(tǒng)的動量并不守恒，但系統(tǒng)在某一方向上不受外力或外力在該方向上的分力之和為零，則系統(tǒng)的動量在該方向上的分量保持不變，可以在該方向上應(yīng)用動量守恒定律。,二、分析反沖運動應(yīng)注意的問題 1．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)取負值。,2．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。 3．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行研究。,某學(xué)習(xí)小組在探究反沖運動時，將質(zhì)量為m1的一個小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動力。現(xiàn)在整個裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開瓶后向外噴射氣體的對地速度為v1，如果在Δt的時間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是多少？,,三、“人船模型”的處理方法 1．“人船模型”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“人船模型”問題。 2．處理“人船模型”問題的關(guān)鍵 (1)利用動量守恒，確定兩物體速度關(guān)系，再確定兩物體通過的位移的關(guān)系。,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。當小船離碼頭大約2m左右時，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(如圖)。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？(假設(shè)起跳時船已靜止),一個連同裝備總質(zhì)量為M＝100kg的宇航員，在距離飛船s＝45m處與飛船處于相對靜止狀態(tài)，他準備對太空中的哈勃望遠鏡進行維修，宇航員背著裝有質(zhì)量為m0＝0.5kg的O2貯氣筒，筒內(nèi)有一個可以使O2以v＝50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠鏡后，必須向著返回飛船方向的反方向釋放O2，才能回到飛船，同時又必須保留一部分O2供途中宇航員呼吸之用，宇航員的耗氧率為Q＝2.510－4kg/s，如果不考慮噴出O2對設(shè)備與宇航員總質(zhì)量的影響，則：,反沖運動,(1)噴出多少O2，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？ 解析：(1)以飛船為參考物，設(shè)沿著飛船運動的方向為正方向，并設(shè)噴出質(zhì)量為m(kg)O2 時宇航員獲得的速度是v′，對于“宇航員和噴出的O2”這一系統(tǒng)而言，在噴氣方向上由動量守恒可得： (M－m)v′－mv＝0，考慮M?m，有v′＝mv/M① 宇航員返回時做勻速運動，歷時t＝s/v′②,答案：(1)0.05kg～0.45kg (2)0.15kg；600s 點評：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。,,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，設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣20次。 (1)當?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？ (2)運動第1s末，火箭的速度多大？,火箭的應(yīng)用,運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后，火箭做加速運動的原因是( ) A．燃料燃燒推動空氣，空氣反作用力推動火箭 B．火箭發(fā)動機將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出，氣體的反作用力推動火箭 C．火箭吸入空氣，然后向后推出，空氣對火箭的反作用力推動火箭 D．火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周圍空氣，空氣膨脹推動火箭,答案：B 解析：火箭工作的原理是利用反沖運動，是火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃氣從尾噴管迅速噴出時，使火箭獲得的反沖速度，故正確答案為選項B。,如圖所示，長為L、質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個質(zhì)量為m的人(可視為質(zhì)點)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分別為多少？(忽略水對船的阻力),人船模型問題,,解析：選人和船為一系統(tǒng)，由于系統(tǒng)在水平方向不受外力作用，所以系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，設(shè)某一時刻人的對地速度為v，船的速度大小為v′，選人的運動方向為正方向，由動量守恒定律得mv－Mv′＝0。,,