人教版（2019）选择性必修第一册1.6 反冲现象 火箭（共31张ppt）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）选择性必修第一册1.6 反冲现象 火箭（共31张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-10-05 16:23:06 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
上节回溯
1．弹性碰撞；
2．非弹性碰撞；
3．完全非弹性碰撞；
二、知识讲解——反冲现象
问题引入
近几年来我国的航天事业发展迅速，火箭升空时会喷射大量的气体，借此获得巨大的速度，这其中体现了什么物理原理？
章鱼、乌贼游动时会把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快的移动。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，章鱼的游动体现了什么物理原理？
二、知识讲解——反冲现象
问题引入
二、知识讲解——反冲现象
反 冲
1．定义：一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象称为反冲；
2．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）反冲现象中，内力一般远大于外力，可以利用动量守恒定律来处理；
（3）其他形式的能转化成动能，系统的总动能增加。
二、知识讲解——反冲现象
反 冲
1．定义：一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象称为反冲；
2．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）反冲现象中，内力一般远大于外力，可以利用动量守恒定律来处理；
（3）其他形式的能转化成动能，系统的总动能增加。
0＝m1v1＋m2v2
v2＝－ v1
反冲现象的应用
二、知识讲解——反冲现象
农田、园林的喷灌装置，喷气式飞机，火箭等等。
减少反冲现象的影响
二、知识讲解——反冲现象
射击时把枪身抵在肩部，减小反冲现象的影响，自行火炮的止退犁和缓冲装置，减小因为反冲现象炮身的后退，提高连射精度。
做一做
二、知识讲解——反冲现象
1．把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。
2．把弯管装在可旋转的盛水容器中。当水从弯管流出时，容器就旋转起来。
古代火箭
二、知识讲解——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桶，点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，箭杆由于反冲而向前运动。
现代火箭
二、知识讲解——火箭
火箭和喷气式飞机的飞行应用了反冲的原理，它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。现代的喷气式飞机，靠连续不断地向后喷出气体，飞行速度能够超过 1000 m/s 。现代火箭的主要用途是，利用火箭作为运载工具，如发射探测仪、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。
思考与讨论
二、知识讲解——火箭
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 Δm 的小物体。现在他以相对于飞船为 μ 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？
火箭的结构
二、知识讲解——火箭
主要由壳体和燃料两大部分组成。火箭燃料燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得等大反向的动量。当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
设火箭飞行时，在极短的时间 Δt 内喷射燃气的质量为 Δm ，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是 μ ，喷出燃气后火箭的质量是 m ，喷气后火箭增加的速度是 Δv 。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
设火箭飞行时，在极短的时间 Δt 内喷射燃气的质量为 Δm ，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是 μ ，喷出燃气后火箭的质量是 m ，喷气后火箭增加的速度是 Δv 。
以火箭为参考系，喷气前火箭的动量是 0 ，喷气后火箭的动量是 mΔv，燃气的动量是 Δmμ 。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍为 0 ，则： mΔv＋Δmμ＝0，Δv＝－μ 。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
上式表明，火箭喷出的燃气速度 μ 越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度就越大。
科学漫步
二、知识讲解——火箭
三级火箭
现代火箭发动机的喷气速度通常在 2000 m/s～5000m/s，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的 7.9 km/s 的速度。
为解决这个问题，科学家提出了多级火箭的概念。多级火箭在实际应用中一般不会超过四级。
二、知识讲解——人船模型
例题：
如图，长为 l ，质量为 M 的船停在静水中，一个质量为 m 的人（可视为质点）从静止开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各是多少？
二、知识讲解——人船模型
例题：
如图，长为 l ，质量为 M 的船停在静水中，一个质量为 m 的人（可视为质点）从静止开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各是多少？
设人的速度方向为正，整个过程用时为 t，根据动量守恒定律可得：0＝mv1－Mv2 ，两边都乘上 t ，可得 0＝mv1t－Mv2t，0＝mx1－Mx2，又因为 l＝x1＋x2，所以 x1＝ l，x2＝l
处理“人船问题”的思路
二、知识讲解——人船模型
首先利用动量守恒确定两物体的速度关系，再确定位移关系。由于动量守恒，所以任一时刻系统总动量为零，动量守恒式可以写成 m1v1＝m2v2 。
因此可知：
（1）两物体的速度与质量成反比；
（2）两物体的位移与质量成反比。
对于人船模型还要注意，人走船走，人停船停，人快船快，人慢船慢，人船方向相反。
小结
01
反冲现象；
反冲现象的原理；
反冲现象的应用；
02
03
练习
1．一架喷气式飞机飞行的速度是 800 m/s ，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于 800 m/s ，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
练习
1．一架喷气式飞机飞行的速度是 800 m/s ，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于 800 m/s ，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
答：飞机速度还会增加，设飞机的质量为 M，喷出的气体质量为 m，气体的对地速度为 v′ 根据动量守恒定律，有：(M＋m)v0＝Mv＋mv′，v＝v0＋(v0－v′)，因为气体相对飞机的速度小于 800 m/s，气体对地速度与飞机对地速度方向相同，且气体对地速度 v′ < 800m/s 因此由表达式可以看出，飞机的速度还会增加。
练习
2．一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船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 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
练习
2．一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船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 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
答：若要 10 min 内返回飞船，宇航员的速度最小为 v′＝＝0.075 m/s ，设要一次性释放质量为 m 的气体， 根据动量守恒定律，mv＝(M－m)v′，解得：m＝0.15kg
练习
3．用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以 7.0×103 m/s 的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为 500 kg ，最后一节火箭壳体的质量为 100 kg 。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为 1.8×103 m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度多大？分离后它们将如何运动？
答：设分离后火箭壳体的速度为 v′ ，根据动量守恒定律有：
(M＋m)v＝M(v′＋μ)＋mv′
代入数据解得：v′＝5.5×103 m/s
分离后卫星的速度：v′′＝v′＋μ＝7.3×103 m/s 。
卫星分离后的速度 v′′ > v ，因此卫星将做离心运动，卫星对地面的高度不断升高，最终在某一高度稳定下来。火箭壳体的速度 v′ < v，它的轨道高度会不断降低，受万有引力的影响进入大气层，最终在大气层中烧毁。
练习
4．一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是 120 kg 。这个士兵用自动步枪在 2 s 内沿水平方向连续射出 10 发子弹，每发子弹的质量是 10 g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是 800 m/s 。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。
（1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？
（2）连续射击后皮划艇的速度是多大？
（3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？
答：（1）设射出第一发子弹后，皮划艇的对地速度为 v1，子弹的对地速度为800－v1，根据动量守恒定律则有：
(M－m)v1＝m(800－v1)
得：v1＝
设射出第二发子弹后，皮划艇的对地速度为 v2，子弹的对地速度为 800－v2，根据动量守恒定律有：
(M－2m)v2－m(800－v2)＝ (M－m)v1
得：v2－v1＝
设射出第三发子弹后，皮划艇的对地速度为 v3，子弹的对地速度为 800－v3，根据动量守恒定律有：
(M－3m)v3－m(800－v3)＝ (M－2m)v2
得：v3－v2＝
总结前面的规律可知：射出第 n 发子弹后皮划艇的速度变化为：
vn－vn-1＝＝ m/s (n＝1，2，3，……)
（2）连续射击后的速度 v10＝(＋＋……＋) m/s ≈ 0.67 m/s
（3）对于 10 发子弹，根据动量定理有：
FΔt＝(M－10m)v10－0
解得：F ≈39.97 N
连续射击时枪所受到的平均反冲作用力大小为 39.97 N ，方向与子弹速度方向相反。
上节回溯
1．弹性碰撞；
2．非弹性碰撞；
3．完全非弹性碰撞；
二、知识讲解——反冲现象
问题引入
近几年来我国的航天事业发展迅速，火箭升空时会喷射大量的气体，借此获得巨大的速度，这其中体现了什么物理原理？
章鱼、乌贼游动时会把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快的移动。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，章鱼的游动体现了什么物理原理？
二、知识讲解——反冲现象
问题引入
二、知识讲解——反冲现象
反 冲
1．定义：一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象称为反冲；
2．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）反冲现象中，内力一般远大于外力，可以利用动量守恒定律来处理；
（3）其他形式的能转化成动能，系统的总动能增加。
二、知识讲解——反冲现象
反 冲
1．定义：一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象称为反冲；
2．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）反冲现象中，内力一般远大于外力，可以利用动量守恒定律来处理；
（3）其他形式的能转化成动能，系统的总动能增加。
0＝m1v1＋m2v2
v2＝－ v1
反冲现象的应用
二、知识讲解——反冲现象
农田、园林的喷灌装置，喷气式飞机，火箭等等。
减少反冲现象的影响
二、知识讲解——反冲现象
射击时把枪身抵在肩部，减小反冲现象的影响，自行火炮的止退犁和缓冲装置，减小因为反冲现象炮身的后退，提高连射精度。
做一做
二、知识讲解——反冲现象
1．把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。
2．把弯管装在可旋转的盛水容器中。当水从弯管流出时，容器就旋转起来。
古代火箭
二、知识讲解——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桶，点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，箭杆由于反冲而向前运动。
现代火箭
二、知识讲解——火箭
火箭和喷气式飞机的飞行应用了反冲的原理，它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。现代的喷气式飞机，靠连续不断地向后喷出气体，飞行速度能够超过 1000 m/s 。现代火箭的主要用途是，利用火箭作为运载工具，如发射探测仪、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。
思考与讨论
二、知识讲解——火箭
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 Δm 的小物体。现在他以相对于飞船为 μ 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？
火箭的结构
二、知识讲解——火箭
主要由壳体和燃料两大部分组成。火箭燃料燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得等大反向的动量。当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
设火箭飞行时，在极短的时间 Δt 内喷射燃气的质量为 Δm ，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是 μ ，喷出燃气后火箭的质量是 m ，喷气后火箭增加的速度是 Δv 。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
设火箭飞行时，在极短的时间 Δt 内喷射燃气的质量为 Δm ，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是 μ ，喷出燃气后火箭的质量是 m ，喷气后火箭增加的速度是 Δv 。
以火箭为参考系，喷气前火箭的动量是 0 ，喷气后火箭的动量是 mΔv，燃气的动量是 Δmμ 。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍为 0 ，则： mΔv＋Δmμ＝0，Δv＝－μ 。
影响火箭速度的因素
二、知识讲解——火箭
上式表明，火箭喷出的燃气速度 μ 越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度就越大。
科学漫步
二、知识讲解——火箭
三级火箭
现代火箭发动机的喷气速度通常在 2000 m/s～5000m/s，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的 7.9 km/s 的速度。
为解决这个问题，科学家提出了多级火箭的概念。多级火箭在实际应用中一般不会超过四级。
二、知识讲解——人船模型
例题：
如图，长为 l ，质量为 M 的船停在静水中，一个质量为 m 的人（可视为质点）从静止开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各是多少？
二、知识讲解——人船模型
例题：
如图，长为 l ，质量为 M 的船停在静水中，一个质量为 m 的人（可视为质点）从静止开始从船头走向船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各是多少？
设人的速度方向为正，整个过程用时为 t，根据动量守恒定律可得：0＝mv1－Mv2 ，两边都乘上 t ，可得 0＝mv1t－Mv2t，0＝mx1－Mx2，又因为 l＝x1＋x2，所以 x1＝ l，x2＝l
处理“人船问题”的思路
二、知识讲解——人船模型
首先利用动量守恒确定两物体的速度关系，再确定位移关系。由于动量守恒，所以任一时刻系统总动量为零，动量守恒式可以写成 m1v1＝m2v2 。
因此可知：
（1）两物体的速度与质量成反比；
（2）两物体的位移与质量成反比。
对于人船模型还要注意，人走船走，人停船停，人快船快，人慢船慢，人船方向相反。
小结
01
反冲现象；
反冲现象的原理；
反冲现象的应用；
02
03
练习
1．一架喷气式飞机飞行的速度是 800 m/s ，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于 800 m/s ，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
练习
1．一架喷气式飞机飞行的速度是 800 m/s ，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于 800 m/s ，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
答：飞机速度还会增加，设飞机的质量为 M，喷出的气体质量为 m，气体的对地速度为 v′ 根据动量守恒定律，有：(M＋m)v0＝Mv＋mv′，v＝v0＋(v0－v′)，因为气体相对飞机的速度小于 800 m/s，气体对地速度与飞机对地速度方向相同，且气体对地速度 v′ < 800m/s 因此由表达式可以看出，飞机的速度还会增加。
练习
2．一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船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 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
练习
2．一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船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 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
答：若要 10 min 内返回飞船，宇航员的速度最小为 v′＝＝0.075 m/s ，设要一次性释放质量为 m 的气体， 根据动量守恒定律，mv＝(M－m)v′，解得：m＝0.15kg
练习
3．用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以 7.0×103 m/s 的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为 500 kg ，最后一节火箭壳体的质量为 100 kg 。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为 1.8×103 m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度多大？分离后它们将如何运动？
答：设分离后火箭壳体的速度为 v′ ，根据动量守恒定律有：
(M＋m)v＝M(v′＋μ)＋mv′
代入数据解得：v′＝5.5×103 m/s
分离后卫星的速度：v′′＝v′＋μ＝7.3×103 m/s 。
卫星分离后的速度 v′′ > v ，因此卫星将做离心运动，卫星对地面的高度不断升高，最终在某一高度稳定下来。火箭壳体的速度 v′ < v，它的轨道高度会不断降低，受万有引力的影响进入大气层，最终在大气层中烧毁。
练习
4．一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是 120 kg 。这个士兵用自动步枪在 2 s 内沿水平方向连续射出 10 发子弹，每发子弹的质量是 10 g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是 800 m/s 。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。
（1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？
（2）连续射击后皮划艇的速度是多大？
（3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？
答：（1）设射出第一发子弹后，皮划艇的对地速度为 v1，子弹的对地速度为800－v1，根据动量守恒定律则有：
(M－m)v1＝m(800－v1)
得：v1＝
设射出第二发子弹后，皮划艇的对地速度为 v2，子弹的对地速度为 800－v2，根据动量守恒定律有：
(M－2m)v2－m(800－v2)＝ (M－m)v1
得：v2－v1＝
设射出第三发子弹后，皮划艇的对地速度为 v3，子弹的对地速度为 800－v3，根据动量守恒定律有：
(M－3m)v3－m(800－v3)＝ (M－2m)v2
得：v3－v2＝
总结前面的规律可知：射出第 n 发子弹后皮划艇的速度变化为：
vn－vn-1＝＝ m/s (n＝1，2，3，……)
（2）连续射击后的速度 v10＝(＋＋……＋) m/s ≈ 0.67 m/s
（3）对于 10 发子弹，根据动量定理有：
FΔt＝(M－10m)v10－0
解得：F ≈39.97 N
连续射击时枪所受到的平均反冲作用力大小为 39.97 N ，方向与子弹速度方向相反。