1、第一章 碰撞与动量守恒 第四节 反冲运动 学习目标 1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.2.知道反冲运动的原理.3.会应用动量守恒定律解决反冲运动问题(重点、难点)4.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素 自 主 预 习 探 新 知 一、反冲运动1定义根据动量守恒定律，如果一个静止的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，另一部分必然向的方向运动，这个现象叫做2反冲原理反冲运动的基本原理是定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得的动量相反同样大小动量守恒反冲一、反冲运动3公式若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形
2、式变为 mv(Mm)v0，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小、方向，而它们的速率与质量成相等反比相反二、火箭1原理火箭的飞行应用了的原理，靠喷出气流的作用来获得巨大速度2影响火箭获得速度大小的因素一是，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比喷气速度，质量比，火箭获得的速度越大反冲越大越大喷气速度反冲1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相反()(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)火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果 ()(5)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行()2一
3、人静止于光滑的水平冰面上，现欲向前运动，下列可行的方法是()A向后踢腿B手臂向后甩C在冰面上滚动D向后水平抛出随身物品D A、B 两项中人与外界无作用，显然不行；对于 C 项，由于冰面光滑，也不行；对于 D 选项，人向后水平抛出随身物品的过程中，得到随身物品的反作用力，即利用了反冲运动的原理，从而能向前运动3静止的实验火箭，总质量为 M，当它以对地速度 v0 喷出质量为 m 的高温气体后，火箭的速度为()A.mv0MmB mv0MmC.mv0MDmv0MB 以 v0 为正方向，由动量守恒定律得 mv0(Mm)v0，得火箭的速度 v mv0Mm，选项 B 正确合 作 探 究 攻 重 难 反冲运动
4、1.反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果(2)条件：系统不受外力或所受外力的矢量和为零；内力远大于外力；系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零(3)反冲运动遵循动量守恒定律2讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的反向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(2)速度的相对性一般都指对地速度3“人船模型”问题(1)定义两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比这样的问题归为“人船模型”问题.(2)特点两物体满足动量
5、守恒定律：m1v 1m2v 20.运动特点：a.人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；b人船位移比等于它们质量的反比，人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即x1x2v 1v 2m2m1.注：应用此关系时要注意一个问题：即公式v 1、v 2 和 x 一般都是相对地面而言的【例 1】质量为 M 的热气球吊筐中有一质量为 m 的人，共同静止在距地面为 h 的高空中现从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 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
6、大小为 v 球，由动量守恒定律得 0Mv 球mv 人 即 0Mx球t mx人t，0Mx 球mx 人 又有 x 人x 球L，x 人h 解以上各式得 LMmMh.答案 MmMh解决“人船模型”应注意两点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训练角度 1：对反冲现象的认识1以下实例中不是利用反冲现象的是()A当枪发射子弹时，枪身会同时向后运动B乌贼向前喷水，从而使自己向后游动C火箭中的火
7、药燃烧向下喷气，推动自身向上运动D战斗机在紧急情况下抛出副油箱以提高机身的灵活性D 当枪发射子弹时，枪身同时受到一个反向的力会向后运动，故 A 是反冲现象；乌贼向前喷水从而使自己受到一个向后的力，向后游动，故 B 是反冲现象；火箭中的火药燃烧向下喷气而自身受到一个向上的推力，推动自身向上运动，故 C 是反冲现象；战斗机抛出副油箱，质量减小，惯性减小，机身的灵活性提高，故 D 不是反冲现象故选 D.训练角度 2：人船模型的理解及应用2如图所示，材料相同，半径为 r 的薄壳小圆球，放在半径为 R 的薄壳大圆球内(R 3r)，开始时二者均静止在光滑水平面上，当小圆球由图示位置无初速度释放，直至小圆球
8、滚到最低点时，求大圆球移动的距离解析 小球无初速度下滑到达最低点时，小球与大球组成的系统水平方向动量守恒设大球的水平位移为 x，小球的水平位移为 Rrx.根据动量守恒可知，Mxm(Rrx)根据题意可知，两球壳质量之比等于表面积之比，等于半径的平方之比，Mm31 联立解得 x 314r.答案 314r火箭速度的决定因素1.火箭的速度 设火箭在 t 时间内喷射燃气的质量为 m，速度为 u，喷气后火箭的质量为 m，获得的速度为 v，由动量守恒定律 0mvmu，得 vmmu.2决定因素 火箭获得的速度取决于燃气喷出速度 u 及燃气质量与火箭本身质量之比mm 两个因素3多级火箭 由于受重力的影响，单级火
9、箭达不到发射人造地球卫星所需要的 7.9 km/s，实际火箭为多级多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求【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(相对地面)，设火箭质量 M300 kg，发动机每秒喷气 20 次求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？思路点拨：(1)火箭喷气属于反冲现象，火箭和气体
10、系统动量守恒(2)运用动量守恒定律列方程时，注意系统内部质量变化关系及速度的方向关系【解析】法一：喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒 第一次气体喷出后，火箭速度为 v1，有(Mm)v1mv0 所以 v1 mvMm 第二次气体喷出后，火箭速度为 v2，有(M2m)v2mv(Mm)v1 所以 v2 2mvM2m 第三次气体喷出后，火箭速度为 v3，有(M3m)v3mv(M2m)v2 所以 v3 3mvM3m30.21 00030030.2 m/s2 m/s.法二：选取整体为研究对象，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，以火箭和喷出三次气体为研究对象，据动量守
11、恒定律，得(M3m)v33mv0 所以 v3 3mvM3m2 m/s.答案 2 m/s火箭类问题的三点提醒1火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象注意反冲前、后各物体质量的变化 2明确两部分物体初、末状态速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度 3列方程时要注意初、末状态动量的方向3在沙堆上有一木块，质量 M5 kg，在木块上放一爆竹，质量 m0.10 kg.点燃爆竹后木块陷入沙中深 5 cm，若沙对木块运动的阻力恒为 58 N，不计爆竹中火药质量
12、和空气阻力，g 取 10 m/s2，求爆竹上升的最大高度解析 设爆炸后木块速度为 v1，爆竹速度为 v2，爆竹爆炸瞬间，内力远大于外力，故木块和爆竹组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得 Mv1mv20 对木块：FfMgMa v212as 对爆竹：v222Gh 由得 H20 m.答案 20 m课 堂 小 结1.一个静止的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，这个现象叫作反冲2喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理3日常生活中，有时要应用反冲，有时要防止反冲，如农田、园林的喷灌利用了水的反冲，用枪射击时，要防止枪身的反冲.知 识 脉 络当 堂 达 标
13、 固 双 基 1下列图片所描述的事例或应用中，没有利用反冲原理的是()A.喷灌装置的自动旋转 B章鱼在水中前行和转向C.运载火箭发射过程 D.码头边轮胎的保护作用D 一个静止的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，这个现象叫作反冲，喷灌装置的自动旋转是利用水流喷出时的反冲作用而运动的，属于反冲运动，A 选项错误；章鱼在水中前行和转向是利用喷出的水的反冲作用，B 选项错误；火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力，利用了反冲运动，C 选项错误；码头边轮胎的保护作用是延长碰撞时间，从而减小作用力，不是利用反冲作用，D 选项正确2一气球由地面匀速上升，当气
14、球下的吊梯上站着的人沿着梯子上爬时，下列说法不正确的是 ()A气球可能匀速上升B气球可能相对地面静止C气球可能下降D气球运动速度不发生变化D 设气球质量为 M，人的质量为 m，由于气球匀速上升，系统所受的合外力之和为零，当人沿吊梯向上爬时，动量守恒，则(Mm)v0mv1Mv2，在人向上爬的过程中，气球的速度为 v2Mmv0mv1M.当 v20 时，气球可匀速上升；当 v20 时气球静止；当 v20 时气球下降所以，选项 A、B、C 均正确要使气球运动速度不变，则人的速度仍为 v0，即人不上爬，显然不对，D 选项错误3(多选)一个质量为 M 的平板车静止在光滑的水平面上，在平板车的车头与车尾站着
15、甲、乙两人，质量分别为 m1 和 m2，当两人相向而行时()A当 m1m2 时，车子与甲运动方向一致B当 v1v2 时，车子与甲运动方向一致C当 m1v1m2v2 时，车子静止不动D当 m1v1m2v2 时，车子运动方向与乙运动方向一致CD 系统满足动量守恒 0m1v1m2v2Mv3，分析得 A、B错，C、D 对4某校课外科技小组制作了一只“水火箭”，用压缩空气压出水流使火箭运动假如喷出的水流流量保持为 2104 m3/s，喷出速度保持水平且对地为 10 m/s.启动前火箭总质量为 1.4 kg，则启动 2 s末火箭的速度可以达到多少？已知火箭沿水平轨道运动，阻力不计，水的密度是 103 kg/m3.解析“水火箭”喷出水流做反冲运动，设火箭原来总质量为m，喷出水流的流量为 Q，水的密度为，水流的喷出速度为 v，火箭的反冲速度为 v，由动量守恒定律得(mQt)vQtv 火箭启动后 2 s 末的速度为 v QtvmQt10321042101.410321042 m/s4 m/s.答案 4 m/s课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!