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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭示范课ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭示范课ppt课件，共41页。PPT课件主要包含了知识点一反冲现象，答案反冲原理，知识点二火箭，喷气速度，探究一反冲现象，答案B，答案BC，探究二火箭，课堂评价，答案BD等内容，欢迎下载使用。
6 反冲现象 火箭
1.如图所示,把弯管装在可旋转的盛水容器的下部,当水从弯管流出时,容器就旋转起来.这种现象利用了什么原理?
2.生活中的反冲现象.(1)应用:农田、园林的喷灌装置利用 ,使喷灌装置能一边喷水一边旋转,自动改变喷水的方向.(2)防止:用枪射击时,枪身的 会影响射击的准确性,所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以 反冲的影响.
1.我国早在宋代就发明了火箭(如图所示),箭杆上捆了一个前端封闭的火药筒,点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出,箭杆由于 而向前运动.
2.现代火箭(如图所示)和喷气式飞机的飞行应用了 的原理,它们都是靠喷出气流的 作用而获得巨大的速度.
3.影响火箭获得速度大小的因素:一是 ,二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比.喷气速度 ,质量比 ,火箭获得的速度越大.
1.一切反冲现象都是有益的.( )2.喷气式飞机的飞行利用了反冲的原理.( )3.火箭点火后离开地面向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果.( )4.在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行.( )5.火箭发射时,火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能.( )
吹起来的气球松手后喷出气体,同时向相反方向飞去;发射炮弹时,炮弹从炮筒中飞出,炮身会向后退;乌贼喷出水后,它的身体能很快地向相反方向运动.结合这些事例,体会反冲的概念并回答下列问题.
答案:发生反冲的两物体受方向相反、大小相等的作用力,两物体在这对相互作用力的作用下向相反方向运动.
1.反冲现象中物体的受力有什么特点?
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,所以可以用动量守恒定律来处理,即系统动量守恒;反冲运动中,有其他形式的能转化为机械能,所以系统的机械能增加.
3.反冲运动遵循的规律是什么?
答案:反冲运动遵循的规律:反冲运动中系统动量守恒,机械能不守恒.
1.反冲运动的特点和规律.(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动,一般情况下,系统动量守恒,或系统在某一方向上动量守恒.(2)反冲现象中,有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加.
2.处理反冲运动应注意的问题.(1)速度的方向.抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反.(2)相对速度问题.在反冲运动中,有时遇到的速度是指两物体的相对速度.此类问题中应先将相对速度转化成对地的速度,再列动量守恒定律方程.
【典例1】小车上装有一桶水,静止在光滑水平地面上,如图所示,桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门,分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出).要使小车向前运动,可采用的方法是( )
A.打开阀门S1 B.打开阀门S2 C.打开阀门S3 D.打开阀门S4
解析:水和车组成的系统动量守恒,原来系统动量为0,由m水v水+m车v车=0知,车的运动方向与水的运动方向相反,故水应向后喷出,选项B正确.
【变式】(多选)两位同学穿着旱冰鞋,面对面站立不动,互推后向相反的方向运动,不计摩擦阻力,下列说法正确的是( )A.互推后两同学总动量增加B.互推后两同学动量大小相等、方向相反C.分离时质量大的同学的速度小一些D.互推过程中机械能守恒
解析:以两同学组成的系统为研究对象,竖直方向系统所受的重力和支持力平衡,合力为0,水平方向上系统不受外力,故系统的动量守恒,原来的总动量为0,互推后两同学的总动量仍为0,则两同学的动量大小相等、方向相反,故选项A错误,选项B正确.根据动量守恒定律得m1v1-m2v2=0,分离时速度与质量成反比,即质量大的同学的速度小,故选项C正确.互推过程中作用力和反作用力对两同学做正功,系统总动能增加,机械能不守恒,故选项D错误.
设火箭发射前的总质量是m0,燃料燃尽后的质量为m,火箭燃气的喷射速度为v.1.火箭飞行利用了什么原理?在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律?
答案:火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理.火箭与“高温、高压”燃气组成的系统内力很大,远大于系统所受重力及阻力,可应用动量守恒定律.
2.试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v'.
3.分析提高火箭飞行速度的可行办法.
【典例2】一火箭喷气式发动机每次喷出m=200 g的气体,气体离开发动机喷出时相对地面的速度v=1 000 m/s.设火箭质量m0=300 kg,发动机每秒钟喷气20次. (1)当第三次喷出气体时,火箭的速度大小是多少?(2)运动第1 s末,火箭的速度大小是多少?
答案: (1)2 m/s (2)13.5 m/s
【变式】例题中,若发动机每次喷出2 kg气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1 000 m/s是相对于火箭的,则第一次喷出气体后,火箭的速度大小是多少?
解析:由动量守恒定律知(m0-m)v1+m(v1-v)=0,解得v1=6.67 m/s.
答案:6.67 m/s
火箭类问题的三点提醒(1)同时性:火箭在运动过程中,随着燃料的燃烧,火箭的质量不断减小,故在应用动量守恒定律时,必须取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)同一性:明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是不是同一参考系,不是同一参考系的,一般要转化成对地的速度.(3)方向性:列方程时要注意初、末状态动量的方向.
1.(2021·广东梅州高二阶段检测)(多选)下列属于反冲现象的是( )A.乒乓球碰到墙壁后被弹回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
解析:乒乓球碰到墙壁后被弹回是因为受到了墙壁的作用力,不是反冲现象,选项A错误;用枪射击,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,选项B正确;用力向后蹬地,人向前运动,是人脚与外部地面的作用,不属于反冲现象,选项C错误;章鱼向某个方向喷水,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部的力,属于反冲现象,选项D正确.
2.如图所示,装有炮弹的火炮总质量为m1,炮弹的质量为m2,炮弹射出炮口时对地的速率为v0.若炮管与水平地面的夹角为θ,则火炮后退的速度大小为( )
3.(多选)下列措施有利于增加火箭的飞行速度的是( )A.使喷出的气体速度更大B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大D.使喷出的气体密度更小
4.如图所示,一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置,控制系统使箭体与卫星分离.已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略分离前后系统质量的变化,则分离后卫星的速率v1为( )
情境 如图所示,自行火炮连同炮弹的总质量为m0,当炮筒水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶时,水平向前发射一枚质量为m的炮弹后,自行火炮的速度变为v2,仍向右行驶.
问题 炮弹相对炮筒的发射速度v0是多少?
“人船模型”中的反冲运动问题1.“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0,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等于质量的反比.这样的问题归为“人船模型”问题.2.“人船模型”的特点.(1)系统满足动量守恒定律:m人v人-m船v船=0.
3.处理思路.“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题,解决这类问题的思路如下:(1)明确适用条件.①系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量为0;②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,找出各位移间的关系,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.
【典例】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m=60 kg,船的质量m'=120 kg,船长为l=3 m,那么船在水中移动的距离是多少?水的阻力不计.
解析:人在船上走时,由于人、船组成的系统所受合力为0,系统总动量守恒,系统的平均动量也守恒,如图所示.
【变式】质量为m'的热气球吊筐中有一质量为m的人,二者共同静止在距地面为h的高空中,如图所示.现从热气球上放下一根质量不计的软绳,为使此人能沿软绳安全滑到地面,软绳至少要多长?
6 反冲现象 火箭
1.如图所示,把弯管装在可旋转的盛水容器的下部,当水从弯管流出时,容器就旋转起来.这种现象利用了什么原理?
2.生活中的反冲现象.(1)应用:农田、园林的喷灌装置利用 ,使喷灌装置能一边喷水一边旋转,自动改变喷水的方向.(2)防止:用枪射击时,枪身的 会影响射击的准确性,所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以 反冲的影响.
1.我国早在宋代就发明了火箭(如图所示),箭杆上捆了一个前端封闭的火药筒,点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出,箭杆由于 而向前运动.
2.现代火箭(如图所示)和喷气式飞机的飞行应用了 的原理,它们都是靠喷出气流的 作用而获得巨大的速度.
3.影响火箭获得速度大小的因素:一是 ,二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比.喷气速度 ,质量比 ,火箭获得的速度越大.
1.一切反冲现象都是有益的.( )2.喷气式飞机的飞行利用了反冲的原理.( )3.火箭点火后离开地面向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果.( )4.在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行.( )5.火箭发射时,火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能.( )
吹起来的气球松手后喷出气体,同时向相反方向飞去;发射炮弹时,炮弹从炮筒中飞出,炮身会向后退;乌贼喷出水后,它的身体能很快地向相反方向运动.结合这些事例,体会反冲的概念并回答下列问题.
答案:发生反冲的两物体受方向相反、大小相等的作用力,两物体在这对相互作用力的作用下向相反方向运动.
1.反冲现象中物体的受力有什么特点?
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,所以可以用动量守恒定律来处理,即系统动量守恒;反冲运动中,有其他形式的能转化为机械能,所以系统的机械能增加.
3.反冲运动遵循的规律是什么?
答案:反冲运动遵循的规律:反冲运动中系统动量守恒,机械能不守恒.
1.反冲运动的特点和规律.(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动,一般情况下,系统动量守恒,或系统在某一方向上动量守恒.(2)反冲现象中,有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加.
2.处理反冲运动应注意的问题.(1)速度的方向.抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反.(2)相对速度问题.在反冲运动中,有时遇到的速度是指两物体的相对速度.此类问题中应先将相对速度转化成对地的速度,再列动量守恒定律方程.
【典例1】小车上装有一桶水,静止在光滑水平地面上,如图所示,桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门,分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出).要使小车向前运动,可采用的方法是( )
A.打开阀门S1 B.打开阀门S2 C.打开阀门S3 D.打开阀门S4
解析:水和车组成的系统动量守恒,原来系统动量为0,由m水v水+m车v车=0知,车的运动方向与水的运动方向相反,故水应向后喷出,选项B正确.
【变式】(多选)两位同学穿着旱冰鞋,面对面站立不动,互推后向相反的方向运动,不计摩擦阻力,下列说法正确的是( )A.互推后两同学总动量增加B.互推后两同学动量大小相等、方向相反C.分离时质量大的同学的速度小一些D.互推过程中机械能守恒
解析:以两同学组成的系统为研究对象,竖直方向系统所受的重力和支持力平衡,合力为0,水平方向上系统不受外力,故系统的动量守恒,原来的总动量为0,互推后两同学的总动量仍为0,则两同学的动量大小相等、方向相反,故选项A错误,选项B正确.根据动量守恒定律得m1v1-m2v2=0,分离时速度与质量成反比,即质量大的同学的速度小,故选项C正确.互推过程中作用力和反作用力对两同学做正功,系统总动能增加,机械能不守恒,故选项D错误.
设火箭发射前的总质量是m0,燃料燃尽后的质量为m,火箭燃气的喷射速度为v.1.火箭飞行利用了什么原理?在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律?
答案:火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理.火箭与“高温、高压”燃气组成的系统内力很大,远大于系统所受重力及阻力,可应用动量守恒定律.
2.试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v'.
3.分析提高火箭飞行速度的可行办法.
【典例2】一火箭喷气式发动机每次喷出m=200 g的气体,气体离开发动机喷出时相对地面的速度v=1 000 m/s.设火箭质量m0=300 kg,发动机每秒钟喷气20次. (1)当第三次喷出气体时,火箭的速度大小是多少?(2)运动第1 s末,火箭的速度大小是多少?
答案: (1)2 m/s (2)13.5 m/s
【变式】例题中,若发动机每次喷出2 kg气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1 000 m/s是相对于火箭的,则第一次喷出气体后,火箭的速度大小是多少?
解析:由动量守恒定律知(m0-m)v1+m(v1-v)=0,解得v1=6.67 m/s.
答案:6.67 m/s
火箭类问题的三点提醒(1)同时性:火箭在运动过程中,随着燃料的燃烧,火箭的质量不断减小,故在应用动量守恒定律时,必须取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)同一性:明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是不是同一参考系,不是同一参考系的,一般要转化成对地的速度.(3)方向性:列方程时要注意初、末状态动量的方向.
1.(2021·广东梅州高二阶段检测)(多选)下列属于反冲现象的是( )A.乒乓球碰到墙壁后被弹回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
解析:乒乓球碰到墙壁后被弹回是因为受到了墙壁的作用力,不是反冲现象,选项A错误;用枪射击,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,选项B正确;用力向后蹬地,人向前运动,是人脚与外部地面的作用,不属于反冲现象,选项C错误;章鱼向某个方向喷水,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部的力,属于反冲现象,选项D正确.
2.如图所示,装有炮弹的火炮总质量为m1,炮弹的质量为m2,炮弹射出炮口时对地的速率为v0.若炮管与水平地面的夹角为θ,则火炮后退的速度大小为( )
3.(多选)下列措施有利于增加火箭的飞行速度的是( )A.使喷出的气体速度更大B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大D.使喷出的气体密度更小
4.如图所示,一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置,控制系统使箭体与卫星分离.已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略分离前后系统质量的变化,则分离后卫星的速率v1为( )
情境 如图所示,自行火炮连同炮弹的总质量为m0,当炮筒水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶时,水平向前发射一枚质量为m的炮弹后,自行火炮的速度变为v2,仍向右行驶.
问题 炮弹相对炮筒的发射速度v0是多少?
“人船模型”中的反冲运动问题1.“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0,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等于质量的反比.这样的问题归为“人船模型”问题.2.“人船模型”的特点.(1)系统满足动量守恒定律:m人v人-m船v船=0.
3.处理思路.“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题,解决这类问题的思路如下:(1)明确适用条件.①系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量为0;②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,找出各位移间的关系,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.
【典例】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m=60 kg,船的质量m'=120 kg,船长为l=3 m,那么船在水中移动的距离是多少?水的阻力不计.
解析:人在船上走时,由于人、船组成的系统所受合力为0,系统总动量守恒,系统的平均动量也守恒,如图所示.
【变式】质量为m'的热气球吊筐中有一质量为m的人,二者共同静止在距地面为h的高空中,如图所示.现从热气球上放下一根质量不计的软绳,为使此人能沿软绳安全滑到地面,软绳至少要多长?
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