16.5-反冲运动-火箭

5第十六章动量守恒定律反冲运动火箭一、学习目标1、知道反冲运动的含义和反冲运动在技术上的应用2、知道火箭的飞行原理；了解我国在火箭技术上的巨大成就和伟大贡献3、能应用动量守恒定律解释反冲现象并能计算有关问题重点难点：1、反冲运动2、应用反冲原理处理火箭问题易错问题：反冲运动过程中的质量改变问题二、带着问题先学1、分析反冲运动与碰撞、爆炸的关系？反冲运动的特点？2、讨论反冲运动时，应注意哪些问题？3、火箭工作的原理是什么？火箭最终获得速度由什么决定呢？3、反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加一、反冲运动的特点1、物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．2、反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理．(1)内力的存在，不会影响系统的动量守恒；(2)内力做的功往往会改变系统的总动能．在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究．二、讨论反冲运动时，应注意的问题1、速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度．由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度，即对地的速度．因此应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程．2、变质量问题：思考与讨论：火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v0，燃料燃尽后火箭的速度v为多少？M-mv0正方向v=？m解：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发射前的总动量p1=0发射后的总动量为p2=mv-（M-m)v0由动量守恒得：0=mv-（M-m)v000)1(vmMvmmMv1、假定冰面是光滑的,某人站在冰冻河面的中央,他想到达岸边,则可行的办法是()A.步行B.挥动双臂C.在冰面上滚动D.脱去外衣抛向岸的反方向【解析】选D.因为冰面光滑,无法行走和滚动,由动量守恒定律知,只有抛出物体获得反冲速度才能到达岸边.当堂检测2、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.燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭B.火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭C.火箭吸入空气，然后向后排出，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B3、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率u向后喷出，则火箭的速度大小为()【解析】选A.质量为M的火箭喷出质量为m的燃料后，火箭(M-m)和燃料的对地速度大小分别为v1和v2，并且u=v1+v2，由动量守恒列出方程：Mv0=(M-m)v1-m(u-v1)，解得故选项A正确.00000mmA.vuB.vuMMmmC.v(vu)D.vuMmMm10mvvuM，4、如图所示,装有炮弹的火炮总质量为m1,炮弹的质量为m2,炮弹射出炮口时对地的速率为v0,若炮管与水平地面的夹角为θ,则火炮后退的速度大小为(设水平面光滑)()【解析】选C.炮弹和火炮组成的系统水平方向动量守恒,0=m2v0cosθ-(m1-m2)v得故选项C正确.20201122020121mvmA.vB.mmmmvcosmvcosC.D.mmm2012mvcosv,mm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．一个模型——“人船模型”1．“人船模型”问题的特征2．处理“人船模型”问题的关键(1)利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通过的位移的关系．由于动量守恒，所以任一时刻系统的总动量为零，动量守恒式可写成m1v1＝m2v2的形式(v1，v2为两物体的瞬时速率)，表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比．所以全过程的平均速度也与质量成反比．进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比．即s1s2＝m2m1.(2)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．2．问题中的“船长”通常应理解为“人”相对“船”的相对位移，而在求解过程中应讨论的是“人”及“船”的对地位移．特别提示1．“人船模型”问题中，两物体的运动特点是：“人”走“船”行、“人”停“船”停．5、大明湖素有“泉城明珠”的美称,堪称济南三大名胜之首,湖水面积占济南老城的四分之一,来济南旅游的游客必定要游览大明湖.质量为m的游客站在质量为M、长度为L的静止在大明湖湖面上的小船的左端,小船的右端靠在岸边,当他向右走到船的右端时,船右端离岸多远?(忽略水对船的阻力)【解析】人和船组成的系统在水平方向不受外力作用,所以系统在水平方向上动量守恒,ms人=Ms船①又因为s人+s船=L②由①②得船右端离岸的距离答案：mLs.Mm船mLMm6、载人气球静止于高h的空中，气球的质量为M,人的质量为m，若人沿绳梯滑至地面，则绳梯至少为多长？【解析】气球和人原来静止在空中，说明系统所受合外力为零，故系统在人下滑过程中动量守恒，人着地时绳梯至少应接触地面，设绳梯长为L，人沿绳梯滑至地面人的位移为x人，球的位移为x球，它们的位移状态图如图所示，由平均动量守恒有：0=Mx球-mx人，又有x球+x人=L，x人=h，故答案：MmhM7、如图所示,物体A和B质量分别为m1和m2,其图示直角边长分别为a和b.设B与水平地面无摩擦,当A由顶端O从静止开始滑到B的底端时,B的水平位移是多少?【解题指导】解答本题可按以下思路分析：【标准解答】由A、B组成的系统,在相互作用过程中水平方向动量守恒,则m2s-m1(b-a-s)=0解得:112mbasmm8、两个质量分别为M1和M2的劈A和B，高度相同，放在光滑水平面上.A和B的倾斜面都是光滑曲面，曲面下端与水平面相切，如图所示.一质量为m的物块位于劈A的倾斜面上，距水平面的高度为h.物块从静止开始滑下，然后又滑上劈B.求物块在B上能够达到的最大高度.【解析】设物块到达劈A的底端时，物块和A的速度大小分别为v和v1，由机械能守恒和动量守恒得①M1v1=mv②设物块在劈B上达到的最大高度为h′，此时物块和B的共同速度大小为v1′，由机械能守恒和动量守恒得③mv=(M2+m)v1′④联立①②③④式得：答案：221111mghmvMv22222111mghMmvmv221212MMhhMmMm1212MMhMmMm