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1、第一章,第四节反冲运动,学习目标 1.了解反冲运动及反冲运动的典型事例. 2.能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题. 3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、反冲运动,在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动，结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题： (1)反冲运动的物体受力有什么特点？,答案物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动.,答案,(2)反冲运动过程中
2、系统的动量、机械能有什么变化？,答案反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，所以可以用动量守恒定律来处理；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加.,答案,反冲运动 1.定义：如果一个静止的物体在 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 的方向运动.这个现象叫做反冲. 2.反冲运动的特点：是物体间作用力与 力产生的效果. 3.反冲运动的条件 (1)系统 或 . (2)内力远大于 . (3)某一方向上不受外力或所受合外力为零. 4.反冲运动遵循的规律：反冲运动遵循 .,内力,相反,反作用,不受外力,所受合外力为零,外力,动量守恒定律,判断下列
3、说法的正误. (1)反冲运动可以用动量守恒定律来处理.() (2)一切反冲现象都是有益的.() (3)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理.() (4)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果. () (5)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析.(),二、火箭,(1)火箭飞行利用了怎样的工作原理？在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律？,答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理.由于火箭与“高温、高压”燃气组成的系统内力很大，远大于系统所受重力及阻力，故可应用动量守恒定律.,答案,(2)设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为
4、v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v.,答案在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以动量守恒.取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv(Mm)v 则由动量守恒定律得0mv(Mm)v,答案,(3)分析提高火箭飞行速度的可行办法.,答案由上问可知火箭喷气后最大的速度v( 1)v 故可以用以下办法提高火箭飞行速度： 提高喷气速度； 提高火箭的质量比； 使用多级火箭，一般为三级.,答案,火箭的原理 1.工作原理 应用 运动，其反冲过程 守恒.它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得 的速度. 2.影响火箭最终速度大小的因素 (1)喷气速度： 现代液体燃料火箭的喷气速度约为
5、m/s.,反冲,向前,2 0004 000,动量,(2)火箭的质量比： 指火箭起飞时的质量与 之比.现代火箭的质量比一般小于 . 喷气速度 ，质量比 ，火箭获得的速度 .,火箭除燃料外的箭体质量,10,越大,越大,越大,判断下列说法的正误. (1)火箭点火后离开地面加速向上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果.() (2)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行.(),答案原来静止的“人”和“船”发生 相互作用时，所受外力的矢量和为零， 则动量守恒.在相互作用的过程中，由 mv1Mv20知任一时刻“人”和“船”的速度大小之比等于质量的反比.整个过程中“人”走“船”行，“人”停“船”停.,三、“
6、人船模型”探究,如图1甲所示，人在漂浮在水面上的小船上行走，小船同时向着相反的方向运动，其简化运动如图乙.(不考虑船受到水的阻力),答案,图1,(1)人的速度和船的速度有什么关系？,答案因为任意时刻mv1Mv2，所以mx1Mx2，即人和船的位移与质量成反比.,(2)人和船的位移有什么关系？,答案,“人船模型”的特点和遵循的规律 1.满足动量守恒定律：m1v1m2v20，也有m1x1m2x20. 2.运动特点：人动船 ，人静船 ，人快船 ，人慢船 ，人左船 ；人、船的速度(平均速度或瞬时速度)与它们的质量成 ；人、船位移与它们的质量成 ，即 3.应用上述关系时要注意一个问题：即公式中v和x一般都
7、是相对 而言的.,动,静,快,慢,右,反比,反比,地面,分析下面的情景，判断下列说法的正误. 一人从停泊在码头边的船上往岸上跳，若该船的缆绳并没拴在码头上，则： (1)船质量越小，人越难跳上岸() (2)船质量越大，人越难跳上岸() (3)人跳跃相对船的速度等于相对地的速度(),题型探究,一、反冲运动的应用,例1反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动.如果小车(含橡皮塞)的总质量M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m0.1 kg. (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v2.9 m/s，求小车的反冲速度；,答案0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反,
8、解析,答案,解析小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零.以橡皮塞运动的方向为正方向 根据动量守恒定律，mv(Mm)v0,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是 0.1 m/s.,(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60角，小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?,解析,答案,答案0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反,解析小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒.以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有 mvcos 60(Mm)v0,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s.,针
9、对训练1如图2所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车 与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度大小v为 .,解析,答案,解析取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒.炮弹发射前，系统的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos ，根据动量守恒定律有：mv0cos Mv0 所以炮车向后反冲的速度大小为v .,图2,二、火箭原理,1.火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用.在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相
10、互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题. 2.火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比 (火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定.,例2一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v1 000 m/s.设火箭质量M300 kg，发动机每秒钟喷气20次. (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？,解析,答案,解析选取火箭和气体组成的系统为研究对象，运用动量守恒定律求解.设喷出三次气体后火箭的速度为v3， 以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M3m)v33mv0
11、，故v3 2 m/s.,答案2 m/s,(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？,解析,答案,解析发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律得：(M20m)v2020mv0，故v20 13.5 m/s.,答案13.5 m/s,针对训练2将静置在地面上、质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内火箭模型以相对地面的速度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,解析,答案,解析应用动量守恒定律解决问题，注意火箭模型质量的变化.取向下为正方向，由动量守恒定律可得：0mv0(Mm)v，故v ，选项
12、D正确.,三、反冲运动的应用“人船模型”,1.适用条件： (1)系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零； (2)在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向). 2.画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.,例3如图3所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，质量为m的人从静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求人和船相对地面的位移各为多少？,解析,答案,解析设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1、v2， 作用前都静止.因整个过程中动量守恒，所以有 mv1Mv2,图3,答案见解析,例4质
13、量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，他们共同静止在距地面为h的高空中.现从热气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？,解析,答案,解析如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，Lx人x球.设人下滑的平均速度大小为v人，气球上升的平均速度大小为v球，由动量守恒定律得：0Mv球mv人，即0 ，0Mx球mx人，又有x人x球L，x人h，联立以上各式得：L .因此软绳的长度至少为 .,达标检测,1.(多选)下列属于反冲运动的是 A.向后划水，船向前运动 B.用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退 C.用力向后蹬地，人向前运动 D.水流过水轮机时，水轮机
14、旋转方向与水流出方向相反,答案,1,2,3,4,2.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图4所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是 A.打开阀门S1 B.打开阀门S2 C.打开阀门S3 D.打开阀门S4,答案,解析,解析根据水和车组成的系统动量守恒，原来系统 动量为0，由0m水v水m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出小车才能向前运动.,1,2,3,4,图4,3.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.燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产
15、生的气体向后推出，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,答案,解析,1,2,3,4,解析火箭工作的原理是利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管以很大速度喷出，使火箭获得反冲速度向前运动，故选B项.,4.如图5所示，质量为m，半径为r的小球，放在内半径为R，质量M3m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上，求当小球由图中位置无初速度释放沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离.,答案,解析,图5,1,2,3,4,1,2,3,4,解析由于水平面光滑，系统水平方向上动量守恒，设同一时刻小球的水平速度大小为v1，大球的水平速度大小为v2，由水平方向动量守恒有：mv1Mv2，所以 .,设小球到达最低点时，小球的水平位移为x1，大球的水平位移为x2，则 ，由题意：x1x2Rr,
