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物理选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭优质课件ppt
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这是一份物理选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭优质课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了思考探究，深入理解，典型例题，课堂总结，CONTENTS，导入与思考，学习目标，探究思考，知识小链接，中国航天50年等内容，欢迎下载使用。
乌贼和章鱼游动时，是先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快运动。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。
理解反冲运动的原理，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题。
了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用。
知道火箭的原理及其应用。
坦克射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为0。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，跑身必将向后运动。只是由于炮身的质量远大于炮弹的质量，所以炮身向后的速度很小。炮身的这种后退运动叫做反冲。
定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象。
特点：(1)反冲现象中一般内力远大于外力，系统动量守恒且系统总动量为零。(2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加。
反冲现象的应用及防止：(1)应用：
反冲现象的应用及防止：(2)防止：
例1.（多选）下列属于反冲现象的是（ ）A．乒乓球碰到墙壁后弹回B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退C．用力向后蹬地，人向前运动D．章鱼向某个方向喷出水，身体向相反的方向运动
【答案】BD【详解】A．乒乓球碰到墙壁后弹回是因为受到了墙壁的作用力，不是反冲。故A错误；B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退，子弹与枪身是系统中的两部分，属于反冲现象。故B正确；C．用力向后蹬地，人向前运动，是人脚与外部地面的作用，不属于反冲。故C错误；D．章鱼向某个方向喷出水，身体向相反的方向运动，章鱼向某个方向喷水时，章鱼受到沿喷水方向相反的作用力，向喷水的反方向运动，二者相互作用力是系统内力，是反冲现象。故D正确。故选BD。
1 （多选）下列属于反冲运动的是（ ）A．汽车运动B．直升机运动C．火箭的运动D．反击式水轮机的运动
【答案】CD【详解】反冲现象是一个物体或一个整体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动的现象。A．汽车是利用燃烧燃料获得向前的牵引力从而使汽车前进的，不属于反冲，故A错误；B．直升机是利用的空气的浮力而使飞机上升的，不属于反冲，B错误；C．火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力，利用了反冲运动，C正确；D．反击式水轮机是利用了水的反冲作用而获得动力，属于反冲运动，D正确。故选CD。
我国早在宋代就发明了火箭，在箭支上扎个火药筒，火药筒的前端是封闭的，火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，火箭由于反冲而向前运动。
现代火箭较古代火箭结构复杂得多，现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
质量为 m 的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。这个人手中拿着一个质量为 ∆m 的小物体。现在他以相对于飞船为 u 的速度把小物体抛出。（1）小物体的动量改变量是多少？（2）人的动量改变量是多少？（3）人的速度改变量是多少？
火箭发射原理跟以上情境大致相同，火箭喷出的燃气的速度越大，喷出的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度就越大。
50年前我国成功发射的第一颗人造卫星，只有“微小”的0.178吨50年后，一代代中国运载火箭载着北斗、风云、高分、鹊桥、尖兵实践、长空、烽火、海洋、神通探测、前哨、资源、鑫诺、天链中星、天拓、天绘、珞珈、云海载着神舟、天舟、嫦娥、天宫一次次摆脱地心引力奔向星辰大海
中国“长征”系列运载火箭部分型号
例2某学习小组在探究反冲运动时，将质量为的一个小液化气瓶固定在质量为的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力．现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为，如果在的时间内向后喷射的气体的质量为，忽略水的阻力，则喷射出质量为的气体后，小船的速度是多少？
【答案】【详解】由动量守恒定律得： ，得：
2 2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空。按照计划部署，神舟十三号航天员乘组将在轨驻留六个月。假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，发射前总质量（含燃料）为M=2200g，取竖直向下为正方向，火箭所受重力和空气阻力可忽略不计。当它以v0=880m/s的对地速度竖直向下喷出质量为Δm=200g的高温气体后，火箭的对地速度为（ ）A．-80m/sB．80m/sC．-88m/sD．88m/s
【答案】C【详解】喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计，系统内力远大于外力，系统动量守恒，以竖直向下为正方向，由动量守恒定律得 ，代入数据解得火箭的速度 ，负号表示方向竖直向上，故C正确，ABD错误。故选C。
“人船模型”问题
两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒。在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比/位移大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。
（1）系统由两个物体组成且相作用前静止，总动量为零；
（2）在相对运动的过程中至少有一个方向动量守恒。
2、公式：mv1=Mv2 ms1=Ms2
（1）公式中的位移是相对同一参考系（地面）的位移；
（2）不论物体做的是匀速运动还是变速运动，结论都是相同的。
例3.长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人立在船头，若不计水的黏滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，人和船对地面的位移各是多少？
【答案】【详解】选人和船组成的系统为研究对象，因系统在水平方向不受力，所以动量守恒，人未走时系统的总动量为零；当人起步加速前进时，船同时加速后退；当人匀速前进时，船匀速后退；当人减速前进时，船减速后退；当人速度为零时，船速度也为零．设某时刻人对地的速率为v1，船对地的速率为v2，根据动量守恒得：mv1－Mv2=0，因为在人从船头走到船尾的整个过程中时刻满足动量守恒，对上式两边同乘以Δt，得：mx1－Mx2=0，上式为人对地的位移和船对地的位移关系，由图还可看出：x1＋x2=L，联立各式得： ， 。答：人和船对地面的位移各是 ； 。
1.解题前画出人、船位移草图2.运动分析情况：人走、船行；人停船停；人加速船加速；人减速船减速。3.利用原理：动量守恒定律4.人船速度关系：0=mv1-Mv2. （m--人的质量；M--船的质量，v1--人的速度，v2--人的速度） 则v1/v2=M/m,任意时刻速度与质量成反比。5.人船位移关系：mx1-Mx2=0, 则x1/x2=M/m。（x1--人的位移，x2--船的位移）x1+x2=L 则：x1=ML/(m+M), x2=mL/(M+m) （L--船的长度）
3 如图所示，载人气球原来静止在空中，与地面距离为h，已知人的质量为m，气球的质量（不含人的质量）为M。若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为（ ）A．h B． C． D．
【答案】D【详解】设人沿绳梯滑至地面，绳梯长度至少为L。以人和气球的系统为研究对象，竖直方向动量守恒，规定竖直向下为正方向 ，人相对于地面下降的高度为h，速度大小为 ，人沿绳梯滑至地面时，气球上升的高度为L-h，速度大小 ,根据以上式子可得 ，故选D。
1.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是（ ）A．燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭B．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭C．火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
【答案】B【详解】由于反冲运动的作用，火箭燃料燃烧产生的气体给火箭一个反作用力使火箭加速运动，这个反作用力并不是空气给的。故选B。
2.2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。携带火星车的着陆器与环绕器分离后，最后阶段利用反推火箭在火星表面实现软着陆，设着陆器总质量为，极短时间内瞬间喷射的燃气质量是，为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后，其下落的速率从减为，需要瞬间喷出的燃气速率约为（ ）A． B． C． D．
【答案】C【详解】设瞬间向下喷出的燃气速度大小为，由于作用时间极短，喷射过程可认为系统动量守恒，则有 ,解得 ,C正确，ABD错误。故选C。
3.某人站在静止于水面的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，下列说法不正确的是（ ）A．人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比B．人走到船尾不再走动，船也停止不动C．不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比D．船的运动情况与人行走的情况无关
【答案】D【详解】A．人从船头走向船尾的过程中，人和船组成的系统动量守恒。设人的质量为m，速度为v。船的质量为M，速度为v' 。以人行走的速度方向为正方向，由动量守恒定律得0=mv+Mv',解得 ,可知，人匀速行走，v不变，则v'不变，船匀速后退，且两者速度大小与它们的质量成反比。故A正确，与题意不符；B．人走到船尾不再走动，设整体速度为v"，由动量守恒定律得0 = (m+ M)v",得v"=0,即船停止不动。故B正确，与题意不符；C．系统初始总动量为0，根据动量守恒定律得0=mv+Mv',解得 ,则不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比。故C正确，与题意不符；D．由上分析知，船的运动情况与人行走的情况有关，人动船动，人停船停。故D错误，与题意相符。故选D。
4.一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1 000 m/s．设火箭质量M＝300 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？（2）运动第1 s末，火箭的速度多大？
【答案】（1）2 m/s （2）13．5 m/s【详解】（1）选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解．设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：（M－3m）v3－3mv＝0，v3＝ ＝2 m/s（2）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：（M－20m）v20－20mv＝0，v20＝＝13．5 m/s．
1．定义：静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。
2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律
3．应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等
4.防止：射击时，用肩顶住枪身
1．飞行的原理---利用反冲运动
2．决定火箭最终飞行速度的因素
乌贼和章鱼游动时，是先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快运动。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。
理解反冲运动的原理，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题。
了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用。
知道火箭的原理及其应用。
坦克射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为0。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，跑身必将向后运动。只是由于炮身的质量远大于炮弹的质量，所以炮身向后的速度很小。炮身的这种后退运动叫做反冲。
定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象。
特点：(1)反冲现象中一般内力远大于外力，系统动量守恒且系统总动量为零。(2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加。
反冲现象的应用及防止：(1)应用：
反冲现象的应用及防止：(2)防止：
例1.（多选）下列属于反冲现象的是（ ）A．乒乓球碰到墙壁后弹回B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退C．用力向后蹬地，人向前运动D．章鱼向某个方向喷出水，身体向相反的方向运动
【答案】BD【详解】A．乒乓球碰到墙壁后弹回是因为受到了墙壁的作用力，不是反冲。故A错误；B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退，子弹与枪身是系统中的两部分，属于反冲现象。故B正确；C．用力向后蹬地，人向前运动，是人脚与外部地面的作用，不属于反冲。故C错误；D．章鱼向某个方向喷出水，身体向相反的方向运动，章鱼向某个方向喷水时，章鱼受到沿喷水方向相反的作用力，向喷水的反方向运动，二者相互作用力是系统内力，是反冲现象。故D正确。故选BD。
1 （多选）下列属于反冲运动的是（ ）A．汽车运动B．直升机运动C．火箭的运动D．反击式水轮机的运动
【答案】CD【详解】反冲现象是一个物体或一个整体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动的现象。A．汽车是利用燃烧燃料获得向前的牵引力从而使汽车前进的，不属于反冲，故A错误；B．直升机是利用的空气的浮力而使飞机上升的，不属于反冲，B错误；C．火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力，利用了反冲运动，C正确；D．反击式水轮机是利用了水的反冲作用而获得动力，属于反冲运动，D正确。故选CD。
我国早在宋代就发明了火箭，在箭支上扎个火药筒，火药筒的前端是封闭的，火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，火箭由于反冲而向前运动。
现代火箭较古代火箭结构复杂得多，现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
质量为 m 的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止的状态。这个人手中拿着一个质量为 ∆m 的小物体。现在他以相对于飞船为 u 的速度把小物体抛出。（1）小物体的动量改变量是多少？（2）人的动量改变量是多少？（3）人的速度改变量是多少？
火箭发射原理跟以上情境大致相同，火箭喷出的燃气的速度越大，喷出的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度就越大。
50年前我国成功发射的第一颗人造卫星，只有“微小”的0.178吨50年后，一代代中国运载火箭载着北斗、风云、高分、鹊桥、尖兵实践、长空、烽火、海洋、神通探测、前哨、资源、鑫诺、天链中星、天拓、天绘、珞珈、云海载着神舟、天舟、嫦娥、天宫一次次摆脱地心引力奔向星辰大海
中国“长征”系列运载火箭部分型号
例2某学习小组在探究反冲运动时，将质量为的一个小液化气瓶固定在质量为的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力．现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为，如果在的时间内向后喷射的气体的质量为，忽略水的阻力，则喷射出质量为的气体后，小船的速度是多少？
【答案】【详解】由动量守恒定律得： ，得：
2 2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空。按照计划部署，神舟十三号航天员乘组将在轨驻留六个月。假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，发射前总质量（含燃料）为M=2200g，取竖直向下为正方向，火箭所受重力和空气阻力可忽略不计。当它以v0=880m/s的对地速度竖直向下喷出质量为Δm=200g的高温气体后，火箭的对地速度为（ ）A．-80m/sB．80m/sC．-88m/sD．88m/s
【答案】C【详解】喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计，系统内力远大于外力，系统动量守恒，以竖直向下为正方向，由动量守恒定律得 ，代入数据解得火箭的速度 ，负号表示方向竖直向上，故C正确，ABD错误。故选C。
“人船模型”问题
两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒。在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比/位移大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。
（1）系统由两个物体组成且相作用前静止，总动量为零；
（2）在相对运动的过程中至少有一个方向动量守恒。
2、公式：mv1=Mv2 ms1=Ms2
（1）公式中的位移是相对同一参考系（地面）的位移；
（2）不论物体做的是匀速运动还是变速运动，结论都是相同的。
例3.长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人立在船头，若不计水的黏滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，人和船对地面的位移各是多少？
【答案】【详解】选人和船组成的系统为研究对象，因系统在水平方向不受力，所以动量守恒，人未走时系统的总动量为零；当人起步加速前进时，船同时加速后退；当人匀速前进时，船匀速后退；当人减速前进时，船减速后退；当人速度为零时，船速度也为零．设某时刻人对地的速率为v1，船对地的速率为v2，根据动量守恒得：mv1－Mv2=0，因为在人从船头走到船尾的整个过程中时刻满足动量守恒，对上式两边同乘以Δt，得：mx1－Mx2=0，上式为人对地的位移和船对地的位移关系，由图还可看出：x1＋x2=L，联立各式得： ， 。答：人和船对地面的位移各是 ； 。
1.解题前画出人、船位移草图2.运动分析情况：人走、船行；人停船停；人加速船加速；人减速船减速。3.利用原理：动量守恒定律4.人船速度关系：0=mv1-Mv2. （m--人的质量；M--船的质量，v1--人的速度，v2--人的速度） 则v1/v2=M/m,任意时刻速度与质量成反比。5.人船位移关系：mx1-Mx2=0, 则x1/x2=M/m。（x1--人的位移，x2--船的位移）x1+x2=L 则：x1=ML/(m+M), x2=mL/(M+m) （L--船的长度）
3 如图所示，载人气球原来静止在空中，与地面距离为h，已知人的质量为m，气球的质量（不含人的质量）为M。若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为（ ）A．h B． C． D．
【答案】D【详解】设人沿绳梯滑至地面，绳梯长度至少为L。以人和气球的系统为研究对象，竖直方向动量守恒，规定竖直向下为正方向 ，人相对于地面下降的高度为h，速度大小为 ，人沿绳梯滑至地面时，气球上升的高度为L-h，速度大小 ,根据以上式子可得 ，故选D。
1.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是（ ）A．燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭B．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭C．火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
【答案】B【详解】由于反冲运动的作用，火箭燃料燃烧产生的气体给火箭一个反作用力使火箭加速运动，这个反作用力并不是空气给的。故选B。
2.2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。携带火星车的着陆器与环绕器分离后，最后阶段利用反推火箭在火星表面实现软着陆，设着陆器总质量为，极短时间内瞬间喷射的燃气质量是，为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后，其下落的速率从减为，需要瞬间喷出的燃气速率约为（ ）A． B． C． D．
【答案】C【详解】设瞬间向下喷出的燃气速度大小为，由于作用时间极短，喷射过程可认为系统动量守恒，则有 ,解得 ,C正确，ABD错误。故选C。
3.某人站在静止于水面的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，下列说法不正确的是（ ）A．人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比B．人走到船尾不再走动，船也停止不动C．不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比D．船的运动情况与人行走的情况无关
【答案】D【详解】A．人从船头走向船尾的过程中，人和船组成的系统动量守恒。设人的质量为m，速度为v。船的质量为M，速度为v' 。以人行走的速度方向为正方向，由动量守恒定律得0=mv+Mv',解得 ,可知，人匀速行走，v不变，则v'不变，船匀速后退，且两者速度大小与它们的质量成反比。故A正确，与题意不符；B．人走到船尾不再走动，设整体速度为v"，由动量守恒定律得0 = (m+ M)v",得v"=0,即船停止不动。故B正确，与题意不符；C．系统初始总动量为0，根据动量守恒定律得0=mv+Mv',解得 ,则不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比。故C正确，与题意不符；D．由上分析知，船的运动情况与人行走的情况有关，人动船动，人停船停。故D错误，与题意相符。故选D。
4.一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1 000 m/s．设火箭质量M＝300 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？（2）运动第1 s末，火箭的速度多大？
【答案】（1）2 m/s （2）13．5 m/s【详解】（1）选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解．设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：（M－3m）v3－3mv＝0，v3＝ ＝2 m/s（2）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：（M－20m）v20－20mv＝0，v20＝＝13．5 m/s．
1．定义：静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。
2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律
3．应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等
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