2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章動(dòng)量守恒定律6.反沖現(xiàn)象火箭課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

第一章6.反沖現(xiàn)象火箭學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)學(xué)習(xí),了解反沖運(yùn)動(dòng)和反沖運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用,知道火箭的飛行原理。(物理觀念)2.通過(guò)實(shí)例分析,能夠應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問題。(科學(xué)思維)3.通過(guò)學(xué)習(xí)和課外閱讀,了解我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展,增強(qiáng)民族自豪感。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)一、反沖現(xiàn)象1.概念

反沖過(guò)程中機(jī)械能增加反沖是一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分,一部分向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),另一部分向相反的方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2.特點(diǎn)(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。

力大時(shí)短動(dòng)量變化明顯(2)反沖運(yùn)動(dòng)中,系統(tǒng)

很大,

可忽略,可用

來(lái)解釋。

內(nèi)力外力動(dòng)量守恒定律3.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止(1)應(yīng)用:農(nóng)田、園林的噴灌裝置利用反沖,使水從噴口噴出時(shí),一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)。(2)防止:射擊運(yùn)動(dòng)員用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部,以減少

的影響。

反沖【要點(diǎn)提示】

反沖總動(dòng)量為0,兩個(gè)速度共線反向。

二、火箭1.工作原理:應(yīng)用了

的原理,火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵?使火箭獲得巨大的速度。

2.獲得的速度:以噴氣前的火箭為參考系,噴出的燃?xì)馑俣葹閡、質(zhì)量為Δm,噴出燃?xì)夂蠡鸺馁|(zhì)量為m,則火箭獲得的速度v=

。

反沖3.影響火箭獲得速度大小的因素(1)噴氣速度:現(xiàn)代火箭的噴氣速度通常在2000~5000m/s。

通常以噴氣前的火箭為參考系(2)質(zhì)量比:①火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比。質(zhì)量比越大,火箭速度越大。②提高質(zhì)量比的方法:多級(jí)火箭。4.現(xiàn)代火箭的主要用途:運(yùn)載工具,如發(fā)射探測(cè)儀器、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。情境鏈接

如圖所示,當(dāng)液體從相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上高低不同的小孔流出時(shí),你看到了什么現(xiàn)象?它體現(xiàn)了什么物理原理?提示

盒子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái);反沖原理,流出的液體的兩個(gè)反作用力方向相反又不共線,使盒子轉(zhuǎn)動(dòng)。教材拓展閱讀教材P27中的“科學(xué)漫步”,寫出用質(zhì)量比表示的火箭速度公式,并說(shuō)明提高火箭速度的方法。易錯(cuò)辨析(1)做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量一定大小相等,方向相反。(

)(2)公園里的湖面上有一條小船靜止,一人站在船頭,現(xiàn)在人開始走向船尾,則小船會(huì)沿船頭方向前進(jìn)。(

)(3)反沖運(yùn)動(dòng)是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果。(

)(4)只有系統(tǒng)外力的矢量和為零的反沖運(yùn)動(dòng)才能用動(dòng)量守恒定律來(lái)分析。(

)√√√×系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力時(shí),也可以用動(dòng)量守恒定律來(lái)分析。

(5)火箭靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大速度。(

)(6)在火箭發(fā)射過(guò)程中,由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,所以火箭箭體和燃料總動(dòng)量守恒。(

)√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一反沖運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究章魚、烏賊游動(dòng)先把水吸入體腔,然后收縮身體,通過(guò)身體上的小孔向外噴水,使身體向相反方向快速移動(dòng);農(nóng)田、園林的噴灌裝置能夠一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn),可以澆灌均勻又能擴(kuò)大澆灌范圍。因?yàn)閲娍诘某蚵晕⑵x半徑方向,水從噴口噴出時(shí),噴管因反沖而旋轉(zhuǎn);給一個(gè)氣球吹足氣,用手捏住氣球的出氣口,然后突然放手,讓氣體快速噴出,會(huì)看到氣球很快地飛出。結(jié)合以上實(shí)例,體會(huì)反沖運(yùn)動(dòng)的概念,并思考以下問題:(1)反沖運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)?(2)反沖運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)量、機(jī)械能有什么變化?提示

(1)物體的不同部分受相反的作用力,在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。(2)反沖運(yùn)動(dòng)中,相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力,所以系統(tǒng)的動(dòng)量守恒;反沖運(yùn)動(dòng)中,由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,所以系統(tǒng)的機(jī)械能增加。知識(shí)歸納1.反沖運(yùn)動(dòng)的三個(gè)特點(diǎn)(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反的方向運(yùn)動(dòng)。(2)在反沖運(yùn)動(dòng)中,相互作用力一般較大,通常可以用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理。(3)在反沖運(yùn)動(dòng)中,一般有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。2.反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用與防止(1)利用有益的反沖運(yùn)動(dòng)反擊式水輪機(jī)利用水流與轉(zhuǎn)輪的葉片間的作用力,使轉(zhuǎn)輪由于反沖而旋轉(zhuǎn);噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度。(2)避免有害的反沖運(yùn)動(dòng)射擊時(shí),子彈向前飛去,槍身向后發(fā)生反沖。3.處理反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的三個(gè)問題(1)速度的方向?qū)τ谠瓉?lái)靜止的整體,兩部分的運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí),可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?則反方向的速度應(yīng)取負(fù)值。(2)相對(duì)速度問題在反沖運(yùn)動(dòng)中,有時(shí)遇到的速度是兩物體的相對(duì)速度。此類問題中應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度,再列動(dòng)量守恒定律方程。(3)變質(zhì)量問題如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)量不斷減小,此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象,取相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究。典例剖析【例題1】

(2024山東濰坊一中高二月考)如圖所示,反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上,點(diǎn)燃酒精燈,水蒸氣將橡皮塞水平噴出,小車沿相反方向運(yùn)動(dòng)。如果小車運(yùn)動(dòng)前的總質(zhì)量m'=3kg,水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m=0.1kg。(水蒸氣質(zhì)量忽略不計(jì))(1)若橡皮塞噴出時(shí)獲得的水平速度v=2.9m/s,求小車的反沖速度;(2)若橡皮塞噴出時(shí)速度大小不變,方向與水平方向成60°角,求小車的反沖速度。(小車一直在水平方向運(yùn)動(dòng))解析

(1)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)所受外力之和為零,系統(tǒng)總動(dòng)量為零。以橡皮塞運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有mv+(m'-m)v'=0負(fù)號(hào)表示小車運(yùn)動(dòng)方向與橡皮塞水平運(yùn)動(dòng)的方向相反,反沖速度大小是0.1

m/s。(2)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒,以橡皮塞運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?有mvcos

60°+(m'-m)v″=0=-0.05

m/s負(fù)號(hào)表示小車運(yùn)動(dòng)方向與橡皮塞運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)方向相反,反沖速度大小是0.05

m/s。答案

(1)0.1m/s,方向與橡皮塞水平運(yùn)動(dòng)方向相反(2)0.05m/s,方向與橡皮塞水平分運(yùn)動(dòng)的方向相反對(duì)點(diǎn)演練1.(2024山東青島十九中高二月考)如圖所示,進(jìn)行太空行走的航天員A和B的質(zhì)量分別為80kg和100kg,他們攜手遠(yuǎn)離空間站,相對(duì)空間站的速度為0.1m/s。A將B向空間站方向輕推后,A的速度變?yōu)?.2m/s,求此時(shí)B的速度大小和方向。解析

設(shè)遠(yuǎn)離空間站方向?yàn)檎较?根據(jù)動(dòng)量守恒,(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,代入數(shù)據(jù)可解得vB=0.02

m/s,方向?yàn)檫h(yuǎn)離空間站方向。答案

0.02m/s

遠(yuǎn)離空間站方向方法技巧

反沖問題的三點(diǎn)注意(1)內(nèi)力的存在不會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。(2)內(nèi)力做的功往往會(huì)改變系統(tǒng)的總動(dòng)能。(3)要明確反沖運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的過(guò)程,弄清初、末狀態(tài)的速度大小和方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。探究點(diǎn)二火箭導(dǎo)學(xué)探究北京時(shí)間2023年10月26日11時(shí)14分,搭載神舟十七號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射,發(fā)射取得圓滿成功。發(fā)射火箭時(shí)點(diǎn)燃“起火”的藥捻,“起火”向下噴出氣體,同時(shí)“起火”飛向高空。結(jié)合該實(shí)例,回答下列問題:(1)“起火”向上飛出的原理是什么?(2)“起火”飛行的速度與什么有關(guān)?提示

(1)“起火”靠向下連續(xù)噴出的氣體反沖向上飛行,利用了反沖原理。(2)與火藥的質(zhì)量和“起火”中的火藥燃燒后的質(zhì)量之比有關(guān),還與噴出的氣體速度有關(guān)。知識(shí)歸納1.工作原理:應(yīng)用了反沖的原理,火箭靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度。2.影響火箭獲得速度大小的因素(2)噴氣速度:現(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣速度為2000~4000m/s。典例剖析【例題2】

(2024福建福州一中高二期末)一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m=200g的氣體,氣體離開發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v=1000m/s(相對(duì)地面),設(shè)火箭與燃料總質(zhì)量m'=300kg,發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。求:(1)原來(lái)靜止的火箭第三次噴氣后的速度大小;(2)運(yùn)動(dòng)第1s末,火箭的速度大小。解析

(1)方法一

噴出氣體的運(yùn)動(dòng)方向與火箭運(yùn)動(dòng)的方向相反,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。第一次氣體噴出后,設(shè)火箭速度為v1,有(m'-m)v1-mv=0第二次氣體噴出后,設(shè)火箭速度為v2,有(m'-2m)v2-mv=(m'-m)v1第三次氣體噴出后,火箭速度為v3,有(m'-3m)v3-mv=(m'-2m)v2方法二

選取整體為研究對(duì)象,運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解。設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3,以火箭和噴出的三次氣體為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,得(m'-3m)v3-3mv=0(2)發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次,以火箭和噴出的20次氣體為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)量守恒定律得(m'-20m)v20-20mv=0答案

(1)2m/s

(2)13.5m/s方法技巧

分析火箭類問題應(yīng)注意的三點(diǎn)(1)火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,隨著燃料的燃燒,火箭本身的質(zhì)量不斷減小,故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí),必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系,如果不是同一參考系,要設(shè)法予以轉(zhuǎn)換,一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度。(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。對(duì)點(diǎn)演練2.(多選)(2024湖南益陽(yáng)高二月考)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度(

)A.使噴出的氣體速度更大B.使噴出的氣體溫度更高C.使噴出的氣體質(zhì)量更大D.使噴出的氣體密度更小AC解析

設(shè)火箭原來(lái)的總質(zhì)量為m',噴出的氣體質(zhì)量為m,速度是v,剩余的質(zhì)量為m'-m,速度是v',由動(dòng)量守恒定律得(m'-m)v'=mv,得

由上式可知m越大,v'越大;v越大,v'越大,故A、C正確。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)123451.(反沖運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用)(2024安徽淮北一中高二月考)以下實(shí)例不是反沖現(xiàn)象的是(

)A.當(dāng)槍發(fā)射子彈時(shí),槍身會(huì)同時(shí)向后運(yùn)動(dòng)B.烏賊向前噴水從而使自己向后游動(dòng)C.火箭中的火藥燃燒向下噴氣推動(dòng)自身向上運(yùn)動(dòng)D.戰(zhàn)斗機(jī)在緊急情況下拋出副油箱以提高機(jī)身的靈活性D12345解析

當(dāng)槍發(fā)射子彈時(shí),槍身同時(shí)受到一個(gè)反向的力會(huì)向后運(yùn)動(dòng),故A是反沖現(xiàn)象;烏賊向前噴水從而使自己受到一個(gè)向后的力,向后游動(dòng),故B是反沖現(xiàn)象;火箭中的火藥燃燒向下噴氣而自身受到一個(gè)向上的推力,推動(dòng)自身向上運(yùn)動(dòng),故C是反沖現(xiàn)象;戰(zhàn)斗機(jī)拋出副油箱,質(zhì)量減小,慣性減小,機(jī)身的靈活性提高,故D不是反沖現(xiàn)象。123452.(反沖運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用)(2024湖南長(zhǎng)沙高二期中)一探測(cè)器完成對(duì)月球的探測(cè)任務(wù)后,在離開月球的過(guò)程中,由靜止開始沿著與月球表面成一傾角的直線飛行,先加速運(yùn)動(dòng),再勻速運(yùn)動(dòng),探測(cè)器通過(guò)噴氣而獲得推動(dòng)力,以下關(guān)于噴氣方向的描述正確的是(

)A.探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí),沿直線向后噴氣B.探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí),豎直向下噴氣C.探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),豎直向下噴氣D.探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),不需要噴氣C12345解析

探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)噴氣獲得的推動(dòng)力,與月球?qū)μ綔y(cè)器的引力的合力沿加速運(yùn)動(dòng)方向,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)噴氣獲得的推動(dòng)力與月球?qū)μ綔y(cè)器的引力的合力為零,根據(jù)反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。123453.(反沖運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用)(2024安徽滁州高二期末)帶子彈的步槍質(zhì)量為5kg,一顆子彈的質(zhì)量為10g,子彈從槍口飛出時(shí)的速度為900m/s,則第一發(fā)子彈射出后步槍的反沖速度約為(

)A.2m/s B.1.8m/sC.3m/s D.4m/sB解析

設(shè)子彈和槍的總質(zhì)量為m總,子彈質(zhì)量為m,以子彈從槍口飛出時(shí)速度的反方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律得(m總-m)v1-mv2=0,得123454.(火箭)(2024江蘇無(wú)錫高二月考)將模型火箭放在光滑水平面上點(diǎn)火,燃?xì)庖阅骋凰俣葟幕鸺龂娍谠诤芏虝r(shí)間內(nèi)全部噴出?；鸺谒矫嫔匣?在燃?xì)鈴幕鸺龂娍趪姵龅倪^(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(空氣阻力可忽略)(

)A.火箭對(duì)燃?xì)庾饔昧Φ臎_量大于燃?xì)鈱?duì)火箭作用力的沖量B.火箭對(duì)燃?xì)庾饔?/p>