物理选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭图片课件ppt

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一、反冲现象1.概念　　　 反冲过程中机械能增加反冲是一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某一个方向运动,另一部分向相反的方向运动的现象。2.特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。　　　　　　力大时短动量变化明显(2)反冲运动中,系统　　　　很大,　　　可忽略,可用　　　　　　　来解释。 
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,一边喷水一边旋转。(2)防止:射击运动员用步枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少　　　　的影响。 
二、火箭1.工作原理:应用了　　　　的原理,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出,使火箭获得巨大的速度。 2.获得的速度:以喷气前的火箭为参考系,喷出的燃气速度为u、质量为Δm,喷出燃气后火箭的质量为m,则火箭获得的速度v=　　　　。 
3.影响火箭获得速度大小的因素(1)喷气速度:现代火箭的喷气速度通常在2 000~5 000 m/s。 通常以喷气前的火箭为参考系(2)质量比:①火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。质量比越大,火箭速度越大。②提高质量比的方法:多级火箭。4.现代火箭的主要用途:运载工具,如发射探测仪器、人造卫星和宇宙飞船等。
情境链接 如图所示,当液体从相对的两个侧面上高低不同的小孔流出时,你看到了什么现象?它体现了什么物理原理?
提示 盒子转动起来;反冲原理,流出的液体的两个反作用力方向相反又不共线,使盒子转动。
教材拓展阅读教材P27中的“科学漫步”,写出用质量比表示的火箭速度公式,并说明提高火箭速度的方法。
易错辨析(1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。(　　)(2)公园里的湖面上有一条小船静止,一人站在船头,现在人开始走向船尾,则小船会沿船头方向前进。(　　)(3)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。(　　)(4)只有系统外力的矢量和为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析。(　　)
系统内力远大于外力时,也可以用动量守恒定律来分析。
(5)火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度。(　　)(6)在火箭发射过程中,由于内力远大于外力,所以火箭箭体和燃料总动量守恒。(　　)
探究点一　反冲运动及应用
草坪灌溉用的自动旋转喷水器原理图如图所示,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管自动旋转,大大增加了喷水的面积,请说明原理。
要点提示 当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,水给弯管一个反作用力,弯管在这个反作用力下实现自动旋转。
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的方向运动。(2)在反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理。(3)在反冲运动中,一般有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加。
2.反冲运动的应用与防止(1)利用有益的反冲运动反击式水轮机利用水流与转轮的叶片间的作用力,使转轮由于反冲而旋转;喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。(2)避免有害的反冲运动射击时,子弹向前飞去,枪身向后发生反冲。
3.处理反冲运动应注意的三个问题(1)速度的方向对于原来静止的整体,两部分的运动方向必然相反。在列动量守恒方程时,可任意规定某一部分的运动方向为正方向,则反方向的速度应取负值。(2)相对速度问题在反冲运动中,有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度,再列动量守恒定律方程。(3)变质量问题如在火箭的运动过程中,随着燃料的消耗,火箭本身的质量不断减小,此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象,取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。
【例1】 一火箭喷气发动机模型每次喷出m=200 g的气体,气体离开发动机模型时速度v=1 000 m/s(相对地面),设火箭模型质量m0=300 kg,发动机模型每秒喷气20次。当第3次气体喷出后,火箭模型的速度多大?
解析 方法1:喷出气体运动方向与火箭模型运动方向相反,系统动量可认为守恒。
方法2:由于每次喷气速度一样,可选整体为研究对象,用动量守恒来求解,设喷出3次气体后火箭模型的速度为v3,以火箭模型和喷出的3次气体为研究对象,根据动量守恒可得(m0-3m)v3-3mv=0,解得
方法技巧　反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处,相互作用力非常大,一般都满足内力远大于外力,所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。
对点演练1.如图所示,自动火炮连同炮弹的总质量为m0,炮管水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶,发射一枚质量为m的炮弹后,自动火炮的速度变为v2,仍向右行驶,则炮弹相对地面的发射速度v0为(　　)
探究点二　反冲运动的典型应用——人船模型
人在漂浮于水面上的小船上行走,小船同时向相反的方向运动,把这个情境抽象成模型,如图所示,长为l、质量为m0的小船停在静水中,一个质量为m的人(可视为质点)立在船头,若不计水的阻力,当人从船头走到船尾的过程中,船和人相对地面的位移各是多大?
要点提示 选人和船组成的系统为研究对象,人从船头走到船尾的过程中,系统动量守恒,人起步前系统的总动量为0,当人加速前进时,船加速后退,人停下时,船也停下来。设某一时刻人的速度为vm,船的速度为vm0,根据动量守恒定律有mvm-m0vm0=0,即因为在人从船头走到船尾的整个过程中,每一时刻系统都满足动量守恒定律,所以每一时刻人的速度与船的速度之比都与它们的质量之比成反比,从而可以判断,在人从船头走到船尾的过程中,人的位移xm与船的位移xm0之比,也应与它们的质量之比成反比,即由题图可以看出xm+xm0=l。上面各式是人船模型中的关系式。
1.人船模型问题的特征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等于质量的反比。这样的问题归为人船模型问题。
2.处理人船模型问题的关键(1)利用动量守恒,确定两物体的速度关系,再确定两物体通过的位移的关系。由于动量守恒,所以任意时刻系统的总动量为零,即m1v1=m2v2(v1、v2为两物体的瞬时速率),表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比;所以全过程的平均速度也与质量成反比,即 ,进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比,即m1x1=m2x2。(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,构建物体对地位移与相对位移的关系方程。
(3)适用条件①系统由两个物体组成且相互作用前静止,系统总动量守恒且为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,注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。方法技巧　人船模型问题中,两物体的运动特点是人走船行、人停船停、人快船快、人慢船慢。
【例2】 (多选)如图所示,质量为m0、长度为L的船停在平静的湖面上,船头站着质量为m的人,m0>m,现在人由静止开始由船头走到船尾。则(　　)A.人和船运动方向相同B.船运行速度小于人的行进速度C.由于船的惯性大,当人停止运动时,船还要继续运动一段距离D.人相对水面的位移为
解析 人和船动量守恒,系统总动量为零,故人和船运动方向始终相反,A错误;由动量守恒有m0v船=mv人,又m0>m,故v人>v船,B正确;由人—船系统动量守恒且系统总动量为零知,人走船走,人停船停,C错误;由平均动量守恒有
方法技巧　人船模型的规律(1)人走船走,人停船停。
对点演练2.载人气球静止于高h的空中,气球的质量为m0,人的质量为m,若人沿绳梯滑至地面,则绳梯至少为多长?
解析 气球和人原来静止在空中,说明系统所受外力的矢量和为零,故系统在人下滑过程中动量守恒,人着地时绳梯至少应接触地面,设绳梯长为l,人沿绳梯滑至地面的位移为x人,气球的位移为x球,它们的位移关系如图所示,由动量守恒有0=m0x球-mx人,又有x球+x人=l,x人=h,故
1.(反冲运动、火箭)2022年7月13日,我国用长征三号乙型运载火箭成功将天链二号03星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。关于火箭、反冲现象,下列说法正确的是(　　)A.火箭、汽车的运动都属于反冲运动B.火箭开始工作后做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭C.为了减少反冲的影响,用枪射击时要用肩部抵住枪身D.喷气式飞机、直升机的运动都属于反冲运动
解析 火箭的运动属于反冲,而汽车是利用燃料燃烧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;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B错误;用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响,故C正确;喷气式飞机是利用飞机与气体间的相互作用而使飞机运动,属于反冲运动,而直升机的运动是利用空气的反作用力原理,不属于反冲运动,故D错误。
2.(人船模型)有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(比人重)。一位同学想用一个卷尺粗略测量它的质量。他进行了如下操作:首先将船平行于码头岸边自由停泊,人轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船。用卷尺测出船后退的距离d,然后用卷尺测出船长L。已知他的自身质量为m,水的阻力不计,则船的质量为(　　)
3.(反冲运动、火箭)著名的万户飞天如图所示,他把自制的火箭绑在椅子上,自己坐在椅子上,双手拿着大风筝,设想利用火箭的推力,飞上天空,然后利用风筝平稳着陆。据学者考证,万户是世界上第一个想利用火箭飞行的人。假设万户及其所携设备的总质量为m0,点燃火箭后在极短的时间内,质量为m的燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出,忽略空气阻力的影响,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　)
A.火箭的推力来源于周围空气对它的反作用力B.在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大小为C.喷出燃气后,万户及其所携设备能上升的最大高度为D.在火箭喷气过程中,万户及其所携设备的机械能守恒
4.(人船模型)(2023河南郑州阶段练习)如图所示,一半圆槽滑块的质量为m0,半圆槽半径为R,滑块置于光滑水平桌面上,一质量为m的小智能机器人(可视为质点)置于半圆槽的A端,在无线遥控器控制下,机器人从半圆槽A端移动到B端。下列说法正确的是(　　)A.只有小机器人运动,滑块不运动B.滑块运动的距离是C.滑块与小机器人运动的水平距离之和为2RD.小机器人运动的位移是滑块的 倍
解析 小机器人和滑块组成的系统在水平方向动量守恒,小机器人从A端移动到B端的过程中,设小机器人和滑块在任意时刻的水平分速度大小分别为v1和v2,则mv1=m0v2,只要v1≠0,就有v2≠0,选项A错误;在整个过程中,二者的平均速度大小满足 ,则二者水平位移大小(即运动的水平距离)满足mx1=m0x2,且有x1+x2=2R, ,选项A、B、D错误,C正确。
5.(反冲运动)2021年11月7日,神舟十三号航天员乘组进行首次出舱活动,航天员王亚平成为首位执行出舱任务的女航天员。假如一个连同装备共有100 kg的航天员脱离空间站后,在离空间站45 m的位置与空间站处于相对静止状态,装备中的高压气源能以v=50 m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10 min内返回空间站,她需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体?