高中物理第十六章动量守恒定律第五节反冲运动火箭课件新人教版选修3-.ppt

第十六章动量守恒定律动量守恒定律第五节反冲运动火箭第五节反冲运动火箭【素养目标定位素养目标定位】了解反冲运了解反冲运动动的的动动量守恒量守恒明确反冲运明确反冲运动问题动问题的的处处理方法，巩固前面所学知理方法，巩固前面所学知识识了解反冲运了解反冲运动动在航天航空中的在航天航空中的应应用用【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈反冲运动反冲运动1定义定义一一个个静静止止的的物物体体在在_的的作作用用下下分分裂裂为为两两部部分分，一一部部分分向向某某一一方方向向运运动，另一部分必然向动，另一部分必然向_方向运动的现象。方向运动的现象。2特点特点(1)物体的不同部分在物体的不同部分在_作用下向相反方向运动。作用下向相反方向运动。(2)反反向向运运动动中中，相相互互作作用用力力一一般般较较大大，通通常常可可以以用用_来来处处理。理。内力内力知识点知识点 1相反相反内力内力动量守恒定律动量守恒定律3反冲现象的应用及防止反冲现象的应用及防止(1)应应用用：农农田田、园园林林的的喷喷灌灌装装置置是是利利用用反反冲冲，使使水水从从喷喷口口喷喷出出时时一一边边喷喷水水一边一边_。(2)防防止止：用用枪枪射射击击时时，由由于于枪枪身身的的反反冲冲会会影影响响射射击击的的_，所所以以用用步枪射击时要把枪身抵在步枪射击时要把枪身抵在_，以减少反冲的影响。，以减少反冲的影响。旋转旋转准确性准确性肩部肩部火箭火箭1火箭火箭现现代代火火箭箭是是指指一一种种靠靠喷喷射射高高温温高高压压燃燃气气获获得得_向向前前推推进进的的飞飞行行器。器。2火箭的工作原理火箭的工作原理当当火火箭箭推推进进剂剂燃燃烧烧时时，从从尾尾部部喷喷出出的的气气体体具具有有很很大大的的_，根根据据动动量量守守恒恒定定律律，火火箭箭获获得得大大小小相相等等、方方向向相相反反的的_，因因而而发发生生连连续续的的_现现象象，随随着着推推进进剂剂的的消消耗耗，火火箭箭的的质质量量逐逐渐渐减减小小，加加速速度度不不断断增增大大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。反作用力反作用力知识点知识点 2动量动量动量动量反冲反冲3影响火箭速度大小的因素影响火箭速度大小的因素(1)喷喷气气速速度度：现现代代液液体体燃燃料料火火箭箭的的喷喷气气速速度度约约为为2.5 km/s，提提高高到到34 km/s需很高的技术水平。需很高的技术水平。(2)质质量量比比：火火箭箭_时时的的质质量量与与火火箭箭除除燃燃料料外外的的_质质量量之之比，现代火箭能达到的质量比不超过比，现代火箭能达到的质量比不超过10。4现代火箭的主要用途现代火箭的主要用途利利用用火火箭箭作作为为_工工具具，例例如如发发射射探探测测仪仪器器、常常规规弹弹头头和和核核弹弹头头、人人造卫星和宇宙飞船等。造卫星和宇宙飞船等。开始飞行开始飞行箭体箭体运载运载判一判判一判(1)反冲运动中动量守恒。反冲运动中动量守恒。()(2)农田、园林的喷灌装置的原理是反冲运动。农田、园林的喷灌装置的原理是反冲运动。()(3)反冲运动实际上是相互作用物体之间的一对平衡力产生的效果。反冲运动实际上是相互作用物体之间的一对平衡力产生的效果。()(4)现代火箭是利用火箭和空气间的作用力而升空的。现代火箭是利用火箭和空气间的作用力而升空的。()(5)用多级火箭发射卫星可以获得所需的速度。用多级火箭发射卫星可以获得所需的速度。()思考辨析思考辨析选一选选一选假假定定冰冰面面是是光光滑滑的的，某某人人站站在在冰冰冻冻河河面面的的中中央央，他他想想到到达达岸岸边边，则则可可行行的的办法是办法是()A步行步行B挥动双臂挥动双臂C在冰面上滚动在冰面上滚动D脱去外衣抛向岸的反方向脱去外衣抛向岸的反方向解解析析：由由于于冰冰面面光光滑滑，无无法法行行走走或或滚滚动动，由由动动量量守守恒恒定定律律可可知知，只只有有抛抛出出物体获得反冲速度才能到达岸边。物体获得反冲速度才能到达岸边。D想一想想一想两两位位同同学学在在公公园园里里划划船船。租租船船时时间间将将到到，她她们们把把小小船船划划向向码码头头。当当小小船船离离码码头头大大约约2 m左左右右时时，有有一一位位同同学学心心想想：自自己己在在体体育育课课上上立立定定跳跳远远的的成成绩绩从从未未低低于于2 m，跳跳到到岸岸上上绝绝对对没没有有问问题题。于于是是她她纵纵身身一一跳跳，结结果果却却掉掉到到了了水水里里(如如图图)。她她为为什什么么不不能能如如她她所所想想的的那那样样跳跳到到岸岸上上呢呢？(假假设设起起跳跳时时船船已已静止静止)课内互动探究课内互动探究对反冲运动的理解对反冲运动的理解假假如如在在月月球球上上建建一一飞飞机机场场，应应配配置置喷喷气气式式飞飞机机还是螺旋桨飞机呢？还是螺旋桨飞机呢？提提示示：因因为为月月球球上上没没有有空空气气，所所以以螺螺旋旋桨桨飞飞机机无法起飞，只能配置喷气式飞机。无法起飞，只能配置喷气式飞机。探究探究 一一 思考讨论思考讨论 11反冲运动的三个特点：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。物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。(2)反反冲冲运运动动中中，相相互互作作用用的的内内力力一一般般情情况况下下远远大大于于外外力力或或在在某某一一方方向向上上内内力力远远大大于于外外力力，所所以以可可以以用用动动量量守守恒恒定定律律或或在在某某一一方方向向上上应应用用动动量量守守恒恒定定律律来来处理。处理。(3)反反冲冲运运动动中中，由由于于有有其其他他形形式式的的能能转转化化为为机机械械能能，所所以以系系统统的的总总动动能能增增加。加。归纳总结归纳总结2分析反冲运动应注意的问题分析反冲运动应注意的问题(1)速度的反向性问题速度的反向性问题对对于于原原来来静静止止的的整整体体，抛抛出出部部分分具具有有速速度度时时，剩剩余余部部分分的的反反冲冲是是相相对对于于抛抛出出部部分分来来说说的的，两两者者运运动动方方向向必必然然相相反反。在在列列动动量量守守恒恒方方程程时时，可可任任意意规规定定某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应取负值。一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。(2)相对速度问题相对速度问题反反冲冲运运动动的的问问题题中中，有有时时遇遇到到的的速速度度是是相相互互作作用用的的两两物物体体的的相相对对速速度度。由由于于动动量量守守恒恒定定律律中中要要求求速速度度为为对对同同一一参参考考系系的的速速度度，通通常常为为对对地地的的速速度度。因因此此应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。(3)变质量问题变质量问题在在反反冲冲运运动动中中还还常常遇遇到到变变质质量量物物体体的的运运动动，如如在在火火箭箭的的运运动动过过程程中中，随随着着燃燃料料的的消消耗耗，火火箭箭本本身身的的质质量量不不断断减减小小，此此时时必必须须取取火火箭箭本本身身和和在在相相互互作作用用的的短短时时间间内内喷喷出出的的所所有有气气体体为为研研究究对对象象，取取相相互互作作用用的的这这个个过过程程为为研研究究过过程程来来进进行研究。行研究。一一个个连连同同装装备备总总质质量量为为M100 kg的的宇宇航航员员，在在距距离离飞飞船船s45 m处处与与飞飞船船处处于于相相对对静静止止状状态态，他他准准备备对对太太空空中中的的哈哈勃勃望望远远镜镜进进行行维维修修，宇宇航航员员背背着着装装有有质质量量为为m00.5 kg的的氧氧气气贮贮气气筒筒，筒筒内内有有一一个个可可以以使使氧氧气气以以v50 m/s的的速速度度喷喷出出的的喷喷嘴嘴。宇宇航航员员在在维维修修完完毕毕哈哈勃勃望望远远镜镜后后，必必须须向向着着返返回回飞飞船船方方向向的的反反方方向向释释放放氧氧气气，才才能能回回到到飞飞船船，同同时时又又必必须须保保留留一一部部分分氧氧气气供供途途中中宇宇航航员员呼呼吸吸之之用用，宇宇航航员员的的耗耗氧氧率率为为Q2.5104 kg/s，如如果果不不考考虑虑喷喷出出氧氧气气对对设设备备与与宇航员总质量的影响，则：宇航员总质量的影响，则：(1)喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？(2)为了使总耗氧量最低，应该一次喷出多少氧气？返回时间是多少？为了使总耗氧量最低，应该一次喷出多少氧气？返回时间是多少？典例典例 1典例剖析典例剖析解解题题指指导导：本本题题中中宇宇航航员员所所带带的的氧氧气气量量一一定定，问问题题是是要要将将它它合合理理分分配配给给呼呼吸和喷气两个方面使用，并能保证宇航员安全返回飞船。吸和喷气两个方面使用，并能保证宇航员安全返回飞船。代代入入数数据据得得：m10.05 kg，m20.45 kg，即即宇宇航航员员喷喷出出0.05 kg或或0.45 kg的的氧氧气气时时，返返回回去去刚刚好好把把剩剩余余的的氧氧气气呼呼吸吸完完，假假如如喷喷出出的的氧氧气气介介于于m1和和m2之之间间，则则返返回回后后还还有有剩剩余余的的氧氧气气，故故本本问问题题的的答答案案是是：喷喷出出的的氧氧气气介介于于0.05 kg0.45 kg之间，即可安全返回。之间，即可安全返回。答案：答案：(1)0.05 kg0.45 kg(2)0.15 kg；600 s1(2020安安徽徽省省淮淮南南一一中中高高二二下下学学期期期期中中)如如图图所所示示，设设质质量量为为M的的导导弹弹运运动动到到空空中中最最高高点点时时速速度度为为v0，突突然然炸炸成成两两块块，质质量量为为m的的一一块块以以速速度度v沿沿v0的的方方向飞去，则另一块的运动向飞去，则另一块的运动()A一定沿一定沿v0的方向飞去的方向飞去B一定沿一定沿v0的反方向飞去的反方向飞去C可能做自由落体运动可能做自由落体运动D以上说法都不对以上说法都不对C对点训练对点训练火箭的工作原理火箭的工作原理我我国国宋宋代代就就发发明明了了火火箭箭(如如图图甲甲)，火火箭箭上上扎扎一一个个火火药药筒筒，火火药药筒筒的的前前端端是是封封闭闭的的，火火药药点点燃燃后后火火箭箭由由于于反反冲冲向向前前运运动动。现现代代火火箭箭原原理理与与古古代代火火箭箭相相同同(如如图图乙乙)，你你知知道道我我国国“长长征征”号号系系列列火火箭箭是是怎怎样样先先后后将将“神神舟舟”号系列载人飞船送上太空的吗？号系列载人飞船送上太空的吗？探究探究 二二 思考讨论思考讨论 2提提示示：火火箭箭靠靠喷喷射射高高温温高高压压燃燃气气获获得得反反作作用用力力，将将“神神舟舟”系系列列飞飞船船送送入入太太空。空。归纳总结归纳总结2分析火箭类问题应注意的几点分析火箭类问题应注意的几点(1)火火箭箭在在运运动动过过程程中中，随随着着燃燃料料的的燃燃烧烧，火火箭箭本本身身的的质质量量不不断断减减小小，故故在在应应用用动动量量守守恒恒定定律律时时，必必须须取取在在同同一一相相互互作作用用时时间间内内的的火火箭箭和和喷喷出出的的气气体体为为研研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。(2)明明确确两两部部分分物物体体初初、末末状状态态的的速速度度的的参参考考系系是是不不是是同同一一参参考考系系，如如果果不不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地速度。是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地速度。(3)列列方方程程时时要要注注意意初初、末末状状态态动动量量的的方方向向。反反冲冲物物体体速速度度的的方方向向与与原原物物体体的运动方向是相反的。的运动方向是相反的。一一火火箭箭喷喷气气发发动动机机每每次次喷喷出出m200 g的的气气体体，气气体体离离开开发发动动机机喷出时的速度喷出时的速度v1 000 m/s，设火箭质量，设火箭质量M300 kg，发动机每秒喷气，发动机每秒喷气20次。次。(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第运动第1 s末，火箭的速度多大？末，火箭的速度多大？解题指导：解题指导：(1)恰当选取研究对象，应用动量守恒定律求解。恰当选取研究对象，应用动量守恒定律求解。(2)列方程时注意火箭质量的变化。列方程时注意火箭质量的变化。典例典例 2典例剖析典例剖析答案：答案：(1)2 m/s；(2)13.5 m/s对点训练对点训练D核心素养提升核心素养提升1“人船模型人船模型”问题的特征问题的特征两两个个原原来来静静止止的的物物体体发发生生相相互互作作用用时时，若若所所受受外外力力的的矢矢量量和和为为零零，则则动动量量守守恒恒。在在相相互互作作用用的的过过程程中中，任任一一时时刻刻两两物物体体的的速速度度大大小小之之比比等等于于质质量量的的反反比比。这样的问题归为这样的问题归为“人船模型人船模型”问题。问题。人船模型人船模型(2)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。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。(3)适用条件适用条件“人船模型人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是：是利用平均动量守恒求解的一类问题。适用条件是：系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量守恒。系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量守恒。在在系系统统内内发发生生相相对对运运动动的的过过程程中中至至少少有有一一个个方方向向的的动动量量守守恒恒，注注意意两两物物体的位移是相对同一参考系的位移。体的位移是相对同一参考系的位移。如如图图所所示示，长长为为L、质质量量为为M的的船船停停在在静静水水中中，一一个个质质量量为为m的的人人(可可视视为为质质点点)站站在在船船头头，在在人人从从船船头头走走到到船船尾尾的的过过程程中中，船船与与人人相相对对地地的的位位移移大大小小分分别别为为多多少？少？(忽略水对船的阻力忽略水对船的阻力)案案 例例解解析析：选选人人和和船船为为一一系系统统，由由于于系系统统在在水水平平方方向向不不受受外外力力作作用用，所所以以系系统统在在水水平平方方向向上上动动量量守守恒恒，设设某某一一时时刻刻人人的的对对地地速速度度为为v，船船的的速速度度大大小小为为v，选选人人的的运运动动方方向向为为正方向，由动量守恒定律得正方向，由动量守恒定律得mvMv0。点点评评：在在人人船船模模型型中中，某某物物体体位位移移易易误误认认为为相相对对另另一一物物体体的的位位移移，在在解解题题中要注意。中要注意。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/3/29 周五38