人教版（2019）选择性必修第一册 1.6 反冲现象 火箭 课件(共25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 课件(共25张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 35.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-06-19 20:38:00 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第6节 反冲现象 火箭
1.定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象．
2.特点：
①物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。
②系统所受外力一 般不为零，但远远小于内力。
3. 原 理：
遵循动量守恒定律
一、反冲现象
4. 反冲的应用与防止：
灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，转动方向与水的喷射方向相反,水的前进导致管的后退，弯管就旋转起来。
①灌溉喷水
一、反冲现象
水上滑行能让你在水底潜行，并向海豚一般跃出水面，激起层层浪花，它动作如钢铁侠一般带劲!通过喷射装置产生的巨大推动力，可以产生100马力，并将上升高度提升至接近10米甚至更高，让你领略高于一切的海岸新视角!
作者：
一、反冲现象
②水上滑行
【例题】机关枪重8Kg，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后退速度vˊ是多大？
【解析】机枪和子弹这一系统动量守
恒，取子弹的速度方向为正方向，由
动量守恒定律得：0=mv -Mvˊ
vˊ = ( m / M ) v
=[(0.02÷8) x 1000]m/s =2.5m/s
一、反冲现象
1.速度的矢量性
对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．
新知探究
一、反冲现象
讨论反冲运动应注意的两个问题
2.速度的相对性
在反冲问题中，若给出的速度是物体间的相对速度，应用动量守恒定律列方程时，应将相对速度转化为相对于同一参考系的速度。
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，火箭由于反冲而向前运动。
新知探究
二、火箭
1.古代火箭
2. 现代火箭
新知探究
二、火箭
现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
M-m
V0
正方向
V=？
m
【例题】火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为V0，燃料燃尽后火箭的速度V为多大？
【解析】在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。
设火箭的速度方向为正方向，
由动量守恒得：
0= mV -（M-m)V0
新知探究
二、火箭
结论——决定火箭最大飞行速度的因素：
喷气速度
质量比
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
新知探究
二、火箭
质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
喷气的速度：目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在2000m/s到5000m/s
要发射人造卫星，这样的火箭还不能
达到所需的速度.
如何解决卫星发射问题？
新知探究
科学漫步
质量比：火箭的质量比在6～10 左右
火箭在飞行过程中抛掉空壳后，可以使m变得更小，从而使得质量比增大，进而提高火箭最终所能获得的速度。
要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。
苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出多级火箭的概念：把火箭一级一级接在一起，第一级燃料用完后把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，一级一级连续工作，理论上火箭速度可以提的很高。
新知探究
科学漫步
实际应用中一般不会超过4级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。
运载火箭一般采用液体推进剂，第一、二级多用液氧、煤油或四氧化二氮。末级用液氧、液氢高能推进，称为低温液体火箭，技术比较复杂，目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术.
目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的“能源”号，它长60米，底部最大直径20米，重3000多吨，能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多的上亿美元。不能重复使用，资源浪费大。
新知探究
科学漫步
参考系变化:
v人地= v人车 + v车地
注意：上式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
三、动量守恒定律中的相对速度
【例题】总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为( )
A．v0＋mu/M
B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m)
D．v0＋mu/(M-m)
【分析】设向前为正方向。燃料相对地速度V1=V-u
2.喷射前后火箭、燃料系统动量守恒
MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
【例题】如图所示，装甲车和其中炮弹的总质量为M，正沿轨道向右匀速行驶，其速度为v0，发射一枚质量为m的炮弹后，装甲车的速度变为v，仍向右行驶．若不计轨道的摩擦，求炮弹射出炮口时相对于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
【分析】设相对炮口速度为u,则对地速度为u+v.
动量守恒：MV0=(M-m)v+m(u+v)
则u=M(v0-v)/m
三、动量守恒定律中的相对速度
问题情景：静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？
S2
S1
四、人船模型
【分析】由系统动量守衡：
m v1 = M v2
m v1 t = M v2 t
m s人 = M s船 ---------- ①
s人 + s船 = L ----------②
【拓展应用】载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？
H
S
H
【分析】由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
四、人船模型
1.解前画出人、船位移草图；
2.运动情况：人走船行、人停船停；人加速船加速、人减速船减速。
3.原理：动量守恒定律
4.人船速度关系：0=mv1-MV2.则v1/v2=M/m,
任意时刻速度与质量成反比。
5.人船位移关系：
mx1-MX2=0, 则x1/x2=M/m。
x1+x2=L L----船的长度
则：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
v1
v2
x1
x2
L
M
m
人船模型解题思路
课堂小结
遵循动量守恒定律
反冲
静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。
火箭
火箭飞行的原理---利用反冲运动.决定火箭最终飞行速度的因素:喷气速度+质量比
【典例1】（多选）（2022·甘肃·临洮县文峰中学高二阶段练习）一只质量为0.9kg的乌贼吸入0.1kg的水后，静止在水中。遇到危险时，它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出，以大小为2m/s的速度向前逃窜。下列说法正确的是（ ）
A．乌贼喷出的水的速度大小为18m/s
B．在乌贼喷水的过程中，乌贼所受合力的冲量大小为0.9N·s
C．在乌贼喷水的过程中，乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大
D．在乌贼喷水的过程中，有18J的生物能转化成机械能
典例分析
【正确答案】AD
【典例2】（2022·广东·佛山市第四中学高二阶段练习）2021年9月17日13时30分，“神舟十二号”返回舱在东风着陆场安全降落。“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图如图所示，其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置沿竖直方向匀速下降，为确保返回舱能安全着陆，在返回舱距地面1m左右时，舱内宇航员主动切断与降落伞的连接（“切伞”），同时点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭向下喷气过程中返回舱减至安全速度。已知“切伞”瞬间返回舱的速度大小v1=10m/s，火箭喷出的气体速度大小v2=1082m/s，火箭“喷气”时间极短，喷气完成后返回舱的速度大小v3=2m/s，则喷气完成前、后返回舱的质量比为（ ）
A．45：44 B．100：99
C．125：124 D．135：134
典例分析
【正确答案】D
【典例3】（2022·重庆南开中学高二期末）西晋史学家陈寿在《三国志》中记载：“置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣。”这就是著名的曹冲称象的故事。某同学欲挑战曹冲，利用卷尺测定大船的质量。该同学利用卷尺测出船长为L，然后慢速进入静止的平行于河岸的船的船头，再从船头行走至船尾，之后，慢速下船，测出船后退的距离d与自身的质量m，若忽略一切阻力，则船的质量为（ ）
A． B． C． D．
典例分析
【正确答案】D
【典例4】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（ ）
A．v0-v B．
C． D．
典例分析
【正确答案】C
【典例5】光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面体A，斜面体质量为M、底边长为L，如图所示。将一质量为m、可视为质点的滑块B从斜面的顶端由静止释放，滑块B经过时间t刚好滑到斜面底端，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（ ）
A．滑块B下滑的过程中，A、B组成的系统机械能不守恒，水平方向动量守恒
B．滑块B下滑到斜面体底端时，重力的瞬时功率为
C．滑块下滑过程中，支持力对B做负功
D．此过程中滑块B向右滑动的距离为
典例分析
【正确答案】C
【典例6】如图所示，在光滑水平面上有一小车，小车上固定一竖直杆，总质量为M，杆顶系一长为 l 的轻绳，绳另一端系一质量为m的小球，绳被水平拉直处于静止状态，小球处于最右端。将小球由静止释放，重力加速度为g，求小球摆到最低点时小车向右移动的距离。
【解析】当小球到达最低点时，设小球向左移动的距离为s1，小车向右移动的距离为s2，根据动量守恒有：
ms1=Ms2，s1＋s2=l
解得：
水平方向动量守恒
典例分析
第6节 反冲现象 火箭
1.定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象．
2.特点：
①物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。
②系统所受外力一 般不为零，但远远小于内力。
3. 原 理：
遵循动量守恒定律
一、反冲现象
4. 反冲的应用与防止：
灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，转动方向与水的喷射方向相反,水的前进导致管的后退，弯管就旋转起来。
①灌溉喷水
一、反冲现象
水上滑行能让你在水底潜行，并向海豚一般跃出水面，激起层层浪花，它动作如钢铁侠一般带劲!通过喷射装置产生的巨大推动力，可以产生100马力，并将上升高度提升至接近10米甚至更高，让你领略高于一切的海岸新视角!
作者：
一、反冲现象
②水上滑行
【例题】机关枪重8Kg，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后退速度vˊ是多大？
【解析】机枪和子弹这一系统动量守
恒，取子弹的速度方向为正方向，由
动量守恒定律得：0=mv -Mvˊ
vˊ = ( m / M ) v
=[(0.02÷8) x 1000]m/s =2.5m/s
一、反冲现象
1.速度的矢量性
对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．
新知探究
一、反冲现象
讨论反冲运动应注意的两个问题
2.速度的相对性
在反冲问题中，若给出的速度是物体间的相对速度，应用动量守恒定律列方程时，应将相对速度转化为相对于同一参考系的速度。
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，火箭由于反冲而向前运动。
新知探究
二、火箭
1.古代火箭
2. 现代火箭
新知探究
二、火箭
现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
M-m
V0
正方向
V=？
m
【例题】火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为V0，燃料燃尽后火箭的速度V为多大？
【解析】在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。
设火箭的速度方向为正方向，
由动量守恒得：
0= mV -（M-m)V0
新知探究
二、火箭
结论——决定火箭最大飞行速度的因素：
喷气速度
质量比
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
新知探究
二、火箭
质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
喷气的速度：目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在2000m/s到5000m/s
要发射人造卫星，这样的火箭还不能
达到所需的速度.
如何解决卫星发射问题？
新知探究
科学漫步
质量比：火箭的质量比在6～10 左右
火箭在飞行过程中抛掉空壳后，可以使m变得更小，从而使得质量比增大，进而提高火箭最终所能获得的速度。
要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。
苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出多级火箭的概念：把火箭一级一级接在一起，第一级燃料用完后把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，一级一级连续工作，理论上火箭速度可以提的很高。
新知探究
科学漫步
实际应用中一般不会超过4级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。
运载火箭一般采用液体推进剂，第一、二级多用液氧、煤油或四氧化二氮。末级用液氧、液氢高能推进，称为低温液体火箭，技术比较复杂，目前只有美国、俄斯、法国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术.
目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的“能源”号，它长60米，底部最大直径20米，重3000多吨，能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多的上亿美元。不能重复使用，资源浪费大。
新知探究
科学漫步
参考系变化:
v人地= v人车 + v车地
注意：上式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
三、动量守恒定律中的相对速度
【例题】总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为( )
A．v0＋mu/M
B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m)
D．v0＋mu/(M-m)
【分析】设向前为正方向。燃料相对地速度V1=V-u
2.喷射前后火箭、燃料系统动量守恒
MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
【例题】如图所示，装甲车和其中炮弹的总质量为M，正沿轨道向右匀速行驶，其速度为v0，发射一枚质量为m的炮弹后，装甲车的速度变为v，仍向右行驶．若不计轨道的摩擦，求炮弹射出炮口时相对于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
【分析】设相对炮口速度为u,则对地速度为u+v.
动量守恒：MV0=(M-m)v+m(u+v)
则u=M(v0-v)/m
三、动量守恒定律中的相对速度
问题情景：静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？
S2
S1
四、人船模型
【分析】由系统动量守衡：
m v1 = M v2
m v1 t = M v2 t
m s人 = M s船 ---------- ①
s人 + s船 = L ----------②
【拓展应用】载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？
H
S
H
【分析】由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
四、人船模型
1.解前画出人、船位移草图；
2.运动情况：人走船行、人停船停；人加速船加速、人减速船减速。
3.原理：动量守恒定律
4.人船速度关系：0=mv1-MV2.则v1/v2=M/m,
任意时刻速度与质量成反比。
5.人船位移关系：
mx1-MX2=0, 则x1/x2=M/m。
x1+x2=L L----船的长度
则：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
v1
v2
x1
x2
L
M
m
人船模型解题思路
课堂小结
遵循动量守恒定律
反冲
静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。
火箭
火箭飞行的原理---利用反冲运动.决定火箭最终飞行速度的因素:喷气速度+质量比
【典例1】（多选）（2022·甘肃·临洮县文峰中学高二阶段练习）一只质量为0.9kg的乌贼吸入0.1kg的水后，静止在水中。遇到危险时，它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出，以大小为2m/s的速度向前逃窜。下列说法正确的是（ ）
A．乌贼喷出的水的速度大小为18m/s
B．在乌贼喷水的过程中，乌贼所受合力的冲量大小为0.9N·s
C．在乌贼喷水的过程中，乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大
D．在乌贼喷水的过程中，有18J的生物能转化成机械能
典例分析
【正确答案】AD
【典例2】（2022·广东·佛山市第四中学高二阶段练习）2021年9月17日13时30分，“神舟十二号”返回舱在东风着陆场安全降落。“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图如图所示，其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置沿竖直方向匀速下降，为确保返回舱能安全着陆，在返回舱距地面1m左右时，舱内宇航员主动切断与降落伞的连接（“切伞”），同时点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭向下喷气过程中返回舱减至安全速度。已知“切伞”瞬间返回舱的速度大小v1=10m/s，火箭喷出的气体速度大小v2=1082m/s，火箭“喷气”时间极短，喷气完成后返回舱的速度大小v3=2m/s，则喷气完成前、后返回舱的质量比为（ ）
A．45：44 B．100：99
C．125：124 D．135：134
典例分析
【正确答案】D
【典例3】（2022·重庆南开中学高二期末）西晋史学家陈寿在《三国志》中记载：“置象大船之上，而刻其水痕所至，称物以载之，则校可知矣。”这就是著名的曹冲称象的故事。某同学欲挑战曹冲，利用卷尺测定大船的质量。该同学利用卷尺测出船长为L，然后慢速进入静止的平行于河岸的船的船头，再从船头行走至船尾，之后，慢速下船，测出船后退的距离d与自身的质量m，若忽略一切阻力，则船的质量为（ ）
A． B． C． D．
典例分析
【正确答案】D
【典例4】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（ ）
A．v0-v B．
C． D．
典例分析
【正确答案】C
【典例5】光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面体A，斜面体质量为M、底边长为L，如图所示。将一质量为m、可视为质点的滑块B从斜面的顶端由静止释放，滑块B经过时间t刚好滑到斜面底端，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（ ）
A．滑块B下滑的过程中，A、B组成的系统机械能不守恒，水平方向动量守恒
B．滑块B下滑到斜面体底端时，重力的瞬时功率为
C．滑块下滑过程中，支持力对B做负功
D．此过程中滑块B向右滑动的距离为
典例分析
【正确答案】C
【典例6】如图所示，在光滑水平面上有一小车，小车上固定一竖直杆，总质量为M，杆顶系一长为 l 的轻绳，绳另一端系一质量为m的小球，绳被水平拉直处于静止状态，小球处于最右端。将小球由静止释放，重力加速度为g，求小球摆到最低点时小车向右移动的距离。
【解析】当小球到达最低点时，设小球向左移动的距离为s1，小车向右移动的距离为s2，根据动量守恒有：
ms1=Ms2，s1＋s2=l
解得：
水平方向动量守恒
典例分析