高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册动量守恒定律及其应用图文ppt课件

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第2课时　反冲运动与火箭第1章　动量及其守恒定律1.知道什么是反冲运动；知道火箭的工作原理。2.能利用动量守恒定律解释反冲现象。3.知道人船模型和爆炸类问题都可以看成反冲运动问题处理。学习目标目 录CONTENTS知识点1知识点二　火箭知识点一　反冲运动知识点三　人船模型知识点一　反冲运动 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。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方向运动。(2)反冲运动中，系统不受外力或内力远大于外力，遵循__________定律或在某一方向上__________。(3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。动量守恒动量守恒2.讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的方向性：对于原来静止的整体，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向运动的另一部分的速度就要取负值。(2)速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作用的两物体的相对速度，应先将相对速度转换成相对同一参考系(如地面)的速度，再列动量守恒方程。【思考】 只有系统所受合外力为零时，反冲运动才能用动量守恒定律来分析，这种说法是否正确？提示　不正确。在反冲运动中，即使系统所受合外力不为零，因内力远大于外力，外力可以忽略，也可用动量守恒定律来解释。C例1 如图所示，质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶，一人质量为m、站在船尾，相对小船静止。若此人以相对水面速率v水平向左跃入水中，则此人跃出后小船的速率为(　　)【变式】 若人相对小船以速度2v0从船尾向左跳离小船，求人跳出后的船速。提示　选向右为正方向，设人跳出后船速为v，则－2v0＝v人－v，故人相对水面速度为v人＝v－2v0，由动量守恒定律得(M＋m)v0＝Mv＋m(v－2v0)C训练1 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M，极短时间内瞬间喷射的燃气质量是m，为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后，其下落的速率从v0减为v，需要瞬间喷出的燃气速率约为(　　)解析　设瞬间向下喷出的燃气速度大小为v1，由于作用时间极短，喷射过程可认为系统动量守恒，则有Mv0＝(M－m)v＋mv1，解得v1＝＋v，C正确，A、B、D错误。知识点二　火箭 我国早在宋代就发明了火箭，在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒，火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，火箭就会向前运动，如图甲所示；图乙为我国“长征”家族系列运载火箭示意图。请思考：(1)古代火箭与现代火箭的运动是否为反冲运动？(2)火箭飞行利用了怎样的工作原理？提示　(1)古代火箭与现代火箭的运动都是反冲运动。(2)火箭飞行利用了反冲原理，靠向后连续喷射高速气体获得反冲力飞行。1.火箭发射是典型的反冲运动，是动量守恒定律的重要应用。2.分析火箭类问题应注意的三个问题(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在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)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以转换。(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。例2 (多选)(鲁科版教材P16“迷你实验室”改编)某兴趣小组制作了如图所示的“水火箭”，实验时瓶内的高压气体将水快速喷出，由于反冲作用，“水火箭”便会冲向天空。已知“水火箭”质量为M(不包含水)，“水火箭”内装有质量为m的水，发射时在极短的时间内将水以相对地面大小为v0的速度竖直向下喷出。已知重力加速度为g，空气阻力忽略不计，“水火箭”内的空气质量忽略不计，下列说法正确的是(　　)答案 BC训练2 (2024·山东菏泽市高二期末)2023年10月26日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。假设将发射火箭看成如下模型：发射前火箭模型(含燃料)总质量为M＝2 200 g，当它在极短的时间内以v0＝880 m/s的对地速度竖直向下喷出质量为Δm＝200 g的高温气体后(取竖直向下为正方向)，火箭模型获得的对地速度最接近(　　)A.－80 m/s B.80 m/sC.－88 m/s D.88 m/s解析　由题意知，火箭和喷出气体组成的系统可认为动量守恒，有0＝Δmv0＋(M－Δm)v，解得火箭模型获得的对地速度为v＝－88 m/s，故C正确。C知识点三　人船模型 一质量为M的小船静止在水面上，站在船尾的质量为m的小孩，从静止开始向左运动。求此过程中：(1)船向哪运动？当小孩速度为v时，船速多大？(2)当小孩向左移动了s时，船的位移多大？(3)小孩和船的位移大小与两者质量有什么关系？(4)若小孩从船头移动到船尾，船长为L，小孩的位移为多大？提示　(1)因为小孩与小船组成的系统动量守恒，当小孩向左运动时，小船向右运动。设小孩的速度v的方向为正方向，当小孩速度为v时，mv－Mv′＝0，BD处理“人船模型”问题的两个关键(1)利用动量守恒，确定两物体的速度或者位移大小的关系。(2)画出两物体的运动草图，找出它们相对地面的位移的联系。　　B训练3 如图所示，一个质量为m1＝50 kg的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总质量为m2＝20 kg，长绳的下端刚好和水平面接触。初始静止时人离地面的高度为h＝5 m。如果这个人开始沿长绳向下滑动，当他滑到长绳下端时，他离地面高度是(可以把人看作质点)(　　)A.5 m B.3.6 m C.2.6 m D.8 m随堂对点自测2C1.(反冲运动)质量为0.5 kg的章鱼在水中静止，突然将体内的0.1 kg的水以2 m/s的速度向前喷出，不计章鱼受到的阻力，则章鱼后退的速度大小为(　　)A.4 m/s B.2 m/sC.0.5 m/s D.0.4 m/sD2.(火箭)如图所示为学生制作的火箭模型，开始模型静置在地面上，质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是(　　)C3.(人船模型)如图所示，一个倾角为α的直角斜面体静置于光滑水平面上，斜面体质量为M，顶端高度为h。今有一质量为m的小物体(可视为质点)，沿光滑斜面下滑，当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时，斜面体在水平面上移动的距离是(　　)课后巩固训练3CD题组一　反冲运动1.(多选)(2024·山东青岛检测)下列运动属于反冲运动的是(　　)A.汽车的运动 B.直升机的运动C.火箭的运动 D.反击式水轮机的运动解析　汽车的运动利用了汽车的牵引力，不属于反冲运动，A错误；直升机的运动利用了空气的反作用力，不属于反冲运动，B错误；火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力的，属于反冲运动，C正确；反击式水轮机的运动利用了水的反冲作用而获得动力，属于反冲运动，D正确。基础对点练C2.一航天探测器完成对月球的探测后，离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一定倾角的直线飞行，先加速运动后匀速运动。探测器通过喷气而获得动力，以下关于喷气方向的说法正确的是(　　)A.探测器加速运动时，向后喷射B.探测器加速运动时，竖直向下喷射C.探测器匀速运动时，竖直向下喷射D.探测器匀速运动时，不需要喷射解析　探测器做加速直线运动时，合力方向与运动方向一致，探测器所受万有引力竖直向下，则喷出气体的作用力方向斜向上，喷气方向斜向后下方，故A、B错误；航天器做匀速直线运动时，合力为零，由于受到月球的万有引力的作用，航天器必然要朝竖直向下的方向喷射，来平衡万有引力，不可能不喷气，故C正确，D错误。B3.如图所示，火炮车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，火炮车的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮管的发射速度v0为(　　)B题组二　火箭4.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.燃料燃烧推动周围的空气，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喷出，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，空气膨胀推动火箭解析　火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出，使火箭获得反冲速度，与周围的空气无关，故B正确。C5.(2024·重庆南开中学期末)假设一颗航天器质量为M，以速度v0在太空中飞行，某一时刻该航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小为v2，则喷出气体的质量m为(　　)A6.将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)(　　)A.30 kg·m/s B.5.7×102 kg·m/sC.6.0×102 kg·m/s D.6.3×102 kg·m/s解析　设火箭的质量为m1，燃气的质量为m2。由题意可知，燃气的动量大小p2＝m2v2＝50×10－3×600 kg·m/s＝30 kg·m/s。以火箭运动的方向为正方向，根据动量守恒定律可得0＝m1v1－m2v2，则火箭的动量大小为p1＝m1v1＝m2v2＝30 kg·m/s，所以A正确，B、C、D错误。A7.(2024·广东湛江市高二联考)如图所示，水火箭静止在光滑水平面上，用打气筒通过气门芯向水火箭瓶身内打气，当瓶内空气达到一定压强时，水将橡皮塞冲开并向后高速喷出，水火箭便在光滑水平面上冲出。若喷水前水火箭的总质量为M，运动过程中每秒向后喷出质量为m的水，水喷出时相对地面的速度大小均为v，忽略空气阻力的影响，则第N秒末(设上述过程中该水火箭仍在匀速喷水中)水火箭的速度大小为(　　)B题组三　人船模型8.(2024·辽宁沈阳市高二统考期末)如图所示，有一只小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(质量约一吨)。一位站在船尾的同学轻轻从船尾走到船头停下。已知在此过程中船后退的距离为d，船长为L，他的自身质量为m，水的阻力不计，则船的质量M为(　　)BD9.(多选)(2024·江苏苏州期末)如图所示，一质量为M的小车静止在光滑水平面上，车上固定一个竖直支架，轻绳一端固定在支架上，另一端固定一质量为m的小球，轻绳长为l，将小球向右拉至轻绳水平后，从静止释放，则(　　)D综合提升练10.(2024·重庆渝中区期末)如图所示，已知一个连同装备共80 kg的航天员，离开空间站太空行走，在离飞船30 m的位置与空间站处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以50 m/s 的速度喷出气体。航天员为了能在5 min内返回空间站，他需要在开始返回的瞬间至少一次性向后喷出气体的质量是(不计喷出气体后航天员和装备质量的变化)(　　)A.0.1 kg B.0.12 kg C.0.14 kg D.0.16 kgACD培优加强练12.平板车停在水平光滑的轨道上，平板车上有一人从固定在车上的货箱边缘沿水平方向顺着轨道方向向右跳出，落在平板车地板上的A点，A点距货箱的水平距离为l＝4 m，如图所示。人的质量为m，车连同货箱的质量为M＝4m，货箱高度为h＝1.25 m。求车在人跳出后到落到地板前的水平反冲速度的大小(g取10 m/s2，不计空气阻力)。答案　1.6 m/s解析　人从货箱边缘跳离的过程，系统(人、车和货箱)水平方向动量守恒，设人的水平速度大小是v1，车的反冲速度大小是v2，取向右为正方向，由图可知，在这段时间内人的水平位移大小s1＝v1t车的位移大小s2＝v2t由于s1＋s2＝l，即v1t＋v2t＝l