物理人教版（2019）选择性必修第一册 1.6反冲现象、火箭课件（共31张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册 1.6反冲现象、火箭课件（共31张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 37.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-07-07 21:56:20 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
1. 弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒、机械能守恒
(2) 能量转化情况：系统动能没有损失
2. 非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒，机械能减少
(2) 能量转化情况：系统动能减少，完全非弹性碰撞中系统动能损失最大
3. 对心碰撞和非对心碰撞
知识回顾
4、弹性碰撞实例：
第一章 动量守恒定律
6、反冲现象、火箭
CONTENTS
01
02
03
04
目标
反 冲 现 象
反冲的应用与防止
火 箭
人 船 模 型
思考：你知道在刚才的视频中宇航员在太空中怎样移动的吗？
宇航员将宇航服的喷气装置打开，通过宇航服上的喷气孔将气体高速喷出，使身体很快地运动。宇航员能够调整自己的喷气孔的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。类似的还有章鱼在水中游动
你认为宇航员或者章鱼运动时应用了什么物理原理吗？如何解释呢？
反冲
章鱼静止在水里，运动内力远大于外力，动量守恒，
水往左运动，章鱼往右运动，动量守恒。
力学角度：
水往左喷出，章鱼给水往左的力，再由牛顿第三定律，水给章鱼往右的力。
动量角度：
以章鱼为例
一、反冲
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．
要点： （1）内力作用（2）一个物体分为两个部分（3）两部分运动方向相反
2.特点：
在反冲运动中，系统的合外力一般不为零；但内力远大于外力，可认为反冲运动中系统动量是守恒的。
3. 物理原理：
作用前：P = 0 作用后: P' = m1 v1 - m 2v2
则根据动量守恒定律有： P' = P
即 m1 v1 - m 2v2 = 0 故有：v2 = ( m1 / m2 ) v1
负号就表示作用后的两部分运动方向相反
遵循动量守恒定律
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。
灌溉喷水器
反冲的应用
2017年5月5日，中国第一架国产大型喷气式客机C919顺利完成它的首次飞行。C919是商飞公司按照国际标准研发、制造的大型喷气式民用飞机，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。
喷气式飞机
反冲的应用
海上冲水
反冲的应用
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：
中国新型履带式自行榴弹炮炮车的履带表面有较深的突起抓地钩型设计是为了增大摩擦力，止退犁和两个液压缓冲器，都是为了在火炮连射时起到“止退”的作用，提高命中精度而精心设计的。
大炮止退犁
反冲的防止
【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
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．
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。
1.古代火箭
二、火箭
2. 现代火箭
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。
火箭的工作原理：火箭应用了反冲的原理，火箭燃料燃烧产生的高温、高压的气体从尾部告诉喷出，由动量守恒，火箭本身也获得了巨大的速度
思考：火箭最终获得速度由什么决定呢？
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
结论：决定火箭最大飞行速度的因素：
喷气速度
质量比
：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
质量比
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？
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。
拓展
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。
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。
一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机时喷出的速度v＝1000 m/s，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，求：
(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第1 s末，火箭速度多大？
反冲运动中的变质量问题
动量守恒定律中的相对速度——参考系变化
vA对B= vA-vB
★特别注意：本式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
例：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，则喷出后火箭的速度大小为( )
A．v0＋mu/M B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m)
分析：1.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
A
两物体同向
vA对B= vA+vB
两物体反向
例：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)
解析：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
例：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
三、人船模型
条件: 系统动量守衡且系统初动量为零.
处理方法: 利用系统动量守衡的瞬时性和物体间作用的 等时性,求解每个物体的对地位移.
m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t
m s1 = M s2 ---------------- ①
s1 + s2 = L -----------②
S2
S1
m
M
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
总结：人船模型
练习： 质量为m的人站在质量为M、长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？
l2 l1
解：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动量始终为零，所以人、船动量大小始终相等。从图中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。设人、船位移大小分别为l1、l2 ，则：mv1=Mv2，两边同乘时间t，ml1=Ml2，
而l 1+l 2=L，
∴
应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。
：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
由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
练习2
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。
练习2
解：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
反冲运动 火箭
反冲运动
1．定义：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。
2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律
3．
应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等
防止：射击时，用肩顶住枪身
火箭
1．飞行的原理---利用反冲运动
2．决定火箭最终飞行速度的因素
喷气速度
质量比
课堂小结
1. 弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒、机械能守恒
(2) 能量转化情况：系统动能没有损失
2. 非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒，机械能减少
(2) 能量转化情况：系统动能减少，完全非弹性碰撞中系统动能损失最大
3. 对心碰撞和非对心碰撞
知识回顾
4、弹性碰撞实例：
第一章 动量守恒定律
6、反冲现象、火箭
CONTENTS
01
02
03
04
目标
反 冲 现 象
反冲的应用与防止
火 箭
人 船 模 型
思考：你知道在刚才的视频中宇航员在太空中怎样移动的吗？
宇航员将宇航服的喷气装置打开，通过宇航服上的喷气孔将气体高速喷出，使身体很快地运动。宇航员能够调整自己的喷气孔的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。类似的还有章鱼在水中游动
你认为宇航员或者章鱼运动时应用了什么物理原理吗？如何解释呢？
反冲
章鱼静止在水里，运动内力远大于外力，动量守恒，
水往左运动，章鱼往右运动，动量守恒。
力学角度：
水往左喷出，章鱼给水往左的力，再由牛顿第三定律，水给章鱼往右的力。
动量角度：
以章鱼为例
一、反冲
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．
要点： （1）内力作用（2）一个物体分为两个部分（3）两部分运动方向相反
2.特点：
在反冲运动中，系统的合外力一般不为零；但内力远大于外力，可认为反冲运动中系统动量是守恒的。
3. 物理原理：
作用前：P = 0 作用后: P' = m1 v1 - m 2v2
则根据动量守恒定律有： P' = P
即 m1 v1 - m 2v2 = 0 故有：v2 = ( m1 / m2 ) v1
负号就表示作用后的两部分运动方向相反
遵循动量守恒定律
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。
灌溉喷水器
反冲的应用
2017年5月5日，中国第一架国产大型喷气式客机C919顺利完成它的首次飞行。C919是商飞公司按照国际标准研发、制造的大型喷气式民用飞机，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。
喷气式飞机
反冲的应用
海上冲水
反冲的应用
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：
中国新型履带式自行榴弹炮炮车的履带表面有较深的突起抓地钩型设计是为了增大摩擦力，止退犁和两个液压缓冲器，都是为了在火炮连射时起到“止退”的作用，提高命中精度而精心设计的。
大炮止退犁
反冲的防止
【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
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．
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。
1.古代火箭
二、火箭
2. 现代火箭
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。
火箭的工作原理：火箭应用了反冲的原理，火箭燃料燃烧产生的高温、高压的气体从尾部告诉喷出，由动量守恒，火箭本身也获得了巨大的速度
思考：火箭最终获得速度由什么决定呢？
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
结论：决定火箭最大飞行速度的因素：
喷气速度
质量比
：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
质量比
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？
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。
拓展
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。
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。
一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机时喷出的速度v＝1000 m/s，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，求：
(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第1 s末，火箭速度多大？
反冲运动中的变质量问题
动量守恒定律中的相对速度——参考系变化
vA对B= vA-vB
★特别注意：本式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
例：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，则喷出后火箭的速度大小为( )
A．v0＋mu/M B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m)
分析：1.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
A
两物体同向
vA对B= vA+vB
两物体反向
例：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)
解析：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
例：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
三、人船模型
条件: 系统动量守衡且系统初动量为零.
处理方法: 利用系统动量守衡的瞬时性和物体间作用的 等时性,求解每个物体的对地位移.
m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t
m s1 = M s2 ---------------- ①
s1 + s2 = L -----------②
S2
S1
m
M
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
总结：人船模型
练习： 质量为m的人站在质量为M、长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？
l2 l1
解：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动量始终为零，所以人、船动量大小始终相等。从图中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。设人、船位移大小分别为l1、l2 ，则：mv1=Mv2，两边同乘时间t，ml1=Ml2，
而l 1+l 2=L，
∴
应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。
：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
由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
练习2
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。
练习2
解：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
反冲运动 火箭
反冲运动
1．定义：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。
2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律
3．
应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等
防止：射击时，用肩顶住枪身
火箭
1．飞行的原理---利用反冲运动
2．决定火箭最终飞行速度的因素
喷气速度
质量比
课堂小结