2013人教版物理选修3-5课件第16章第五节

特别提醒：把物体中的一部分抛出和剩余部分 产生反冲都需要经历一个过程，直到两物体分 离，两者的速度才能达到最大，才形成相对速 度．
即时应用(即时突破，小试牛刀) 1．一同学在地面上立定跳远的最好成绩是 s(m)，假设他站在车的A端，如图16－5－1所 示，想要跳上距离为l(m)远的站台上，不计车 与地面的摩擦阻力，则( )
变式训练1 如图16－5－3所示，表示质量为 M的密闭汽缸置于光滑水平面上，缸内有一隔 板P，隔板右边是真空，隔板左边是质量为m 的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运 动情况是( )
图16－5－3
A．保持静止不动 B．向左移动一定距离后恢复静止 C．最终向左做匀速直线运动 D．先向左移动，后向右移动回到原来位置 解析：选B.突然撤去隔板，气体向右运动，汽 缸做反冲运动，当气体充满整个汽缸时，它们 之间的作用结束．由动量守恒定律可知，开始 时系统的总动量为零，结束时总动量必为零， 汽缸和气体都将停止运动，故B正确．
(3)由于爆炸类问题作用时间很短，作用过程中 物体的位移很小，一般可忽略不计，可以把作 用过程作为一个理想化的过程(简化)处理，即 作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始 运动． 对于爆炸类问题，由于相互作用力是变力，用 牛顿运动定律求解非常复杂，甚至根本就无法 求解，但用动量守恒定律求解时，只需要考虑 过程的始末状态，而不需要考虑过程的具体细 节，这正是用动量守恒定律求解问题的优点．
二、火箭 反冲 1．工作原理：是利用_______运动，火箭燃 料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷 出时，使火箭获得巨大速度． 2．影响火箭获得速度大小的因素 (1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约 为2000 m/s～4000 m/s. (2)质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料 越大 外的箭体质量之比．喷气速度______，质量 比越大 _______，火箭获得的速度越大．
p1＝m1v1＝－m1 2gh 由动量守恒定律有 mv＝m1v1＋(m－m1)v2 m＋m1 代入解得：v2＝ 2gh m－m1 由于 v2>0，说明炸裂后另一块的运动方向竖直 向下．
m＋m1 【答案】 2gh 方向竖直向下 m－m1
【方法总结】
本例中爆炸只发生在一瞬间，
也只有在这一瞬间，系统的内力才远远大于系
(1)系统不受外力或所受外力之和为零，满足动 量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲 运动问题． (2)系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外 力，外力可以忽略，也可以用动量守恒定律解 决反冲运动问题． (3)系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量 并不守恒，但系统的某一方向上不受外力或外 力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量 在该方向上的分量保持不变，可以用该方向上 动量守恒解决反冲运动问题．
第五节
反冲运动
火箭
课标定位
课前自主学案 第五节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课标定位 学习目标：1.了解什么是反冲运动和反冲运动的应 用． 2．知道火箭的飞行原理和主要用途． 重点难点：用动量守恒定律分析、解决反冲运动 问题．
课前自主学案
一、反冲 1．定义：一个静止的物体在_______的作用下分 内力 裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分 相反 必然向_________方向运动的现象． 2．特点 (1)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以 用_________________来处理． 动量守恒定律 (2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为动 增加 能，所以系统的总动能_______．
ml 【答案】 m＋M
Ml m＋M
【方法总结】 “人船模型”是利用平均动量守 恒求解的一类问题，解决这类问题应明确： (1)适用条件是：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 动过程中至少有一个方向动量守恒(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， 找出位移间的关系，注意两物体的位移是相对同一 参考系的位移．
核心要点突破
一、正确理解反冲运动与动量Baidu Nhomakorabea恒定律 1．反冲与动量守恒 反冲运动的产生是系统内力作用的结果，两个 相互作用的物体A、B组成的系统，A对B的作用 力使B获得某一方向的动量，B对A的反作用力 使A获得相反方向的动量，从而使A沿着与B运 动方向的相反方向运动．在以下三种情况中均 可用动量守恒定律解决反冲运动问题：
例1
【精讲精析】 选火箭和 1 s 内喷出的气体为研 究对象，设火箭 1 s 末的速度为 v,1 s 内共喷出 的气体的质量为 20 m，选火箭前进的方向为正 方向，由动量守恒定律有 (M－20m)v－20mv0＝0， 20mv0 20×0.2×1000 解得：v＝ ＝ m/s≈13.5 M－20m 300－20×0.2 m/s. 故火箭 1 s 末的速度约为 13.5 m/s.
例2
图16－5－2
【思路点拨】 先画出船和人的位移示意图， 再利用平均动量守恒列方程求解． 【精讲精析】 人和小船组成的系统在水平方 向不受外力，动量守恒．假设某一时刻小船和 人对地的速度分别为v1、v2，由于原来处于静 止状态，因此 0＝Mv1－mv2，即mv2＝Mv1
由于相对运动过程中的任意时刻，人和小船的 速度都满足上述关系，故它们在这一过程中平 均速率也满足这一关系，即 m v 2＝M v 1，等 式两边同乘运动的时间 t，得 m v 2t＝M v 1t， 即 mx2＝Mx1 又因 x1＋x2＝l，因此有 ml Ml x1＝ ，x2＝ . m＋M m＋M
2．在讨论反冲运动时应注意以下几点 (1)速度的反向性 若系统原来静止，抛出部分具有速度时，剩余 部分的反冲是相对于抛出部分而言的，两者速 度方向相反．可任意规定某一部分的运动方向 为正方向，列出动量守恒方程． (2)速度的相对性 在反冲运动中，若已知条件是物体间的相对速 度，利用动量守恒定律列方程时，应将相对速 度转化为绝对速度(一般为对地速度)．
统所受的合外力，总动量近似守恒，如果爆炸
结束，巨大的内力已经不存在了，系统的总动
量不再守恒，明确这一研究阶段的始末状态，
是求解这类问题的关键．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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图16－5－1
A．只要l＜s，他一定能跳上站台 B．只要l＜s，他有可能跳上站台 C．只要l＝s，他一定能跳上站台 D．只要l＝s，他有可能跳上站台 解析：选B.人起跳的同时，小车要做反冲运动， 所以人跳的距离小于s，故l＜s时，才有可能跳 上站台．
二、爆炸模型及拓展 1．爆炸特点 (1)物体发生爆炸时，物体间的相互作用突然发 生，相互作用力为变力，作用时间很短，作用 力很大，且远大于系统受的外力，故可用动量 守恒定律来处理． (2)在爆炸过程中，因有其他形式的能转化为动 能，所以系统的动能会增加．
2．模型拓展：很多情况，相互作用的物体具 有上述类似的特点． 例如：光滑水平面上弹簧将两物体弹开，人从 车(或船)上跳离，物体从放置于光滑水平面上 的斜面上滑下．这些过程与爆炸具有类似的特 征，可应用动量守恒定律，必要时结合能量守 恒定律求解．
即时应用(即时突破，小试牛刀) 2．向空中发射一枚炮弹，不计空气阻力，当 此炮弹的速度恰好沿水平方向时，炮弹炸裂成 a、b两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿 原来的方向，则( ) A．b的速度方向一定与原来速度方向相反 B．从炸裂到落地的这段时间内，a飞行的水平 距离一定比b的大 C．a、b一定同时到达水平地面 D．在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的大小 一定相等
【答案】
13.5 m/s 火箭是典型的反冲运动的应
【方法总结】
用，解决此类问题时的关键一是从动量守恒 定律入手，二是分清喷气前和喷气后的速度 及质量．
反冲运动的实例——人船模型 如图16－5－2所示，长为l、质量为M的小 船停在静水中，一个质量为m的人立在船头， 若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的 过程中，船和人对地面的位移各是多少？
爆炸类问题的处理
例3
一个质量为m的物体从高处自由下落，当
物体下落h距离时突然炸裂成两块，其中质量
为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的
位置，求刚炸裂时另一块的速度v2.
【自主解答】 以炸裂时分裂成的两块m1 和(m －m1)组成的系统为研究对象，在炸裂的这一极 短的时间内，系统受到的合外力即重力并不为零， 但炸裂时的爆炸力远远大于系统的重力，系统在 竖直方向的动量可认为近似守恒． 取竖直向下的方向为正方向，炸裂前的两部分是 一个整体，物体的动量为p＝mv＝m 2 g h 刚炸裂结束时向上运动并返回出发点的一块m1， 其速度大小与炸裂前相同，动量方向与规定的正 方向相反．
解析：选CD.炮弹炸裂前后动量守恒，选定v0
方向为正方向，则mv0＝mava＋mbvb，显然
vb＞0，vb＜0，vb＝0都有可能；vb＞va，vb
＜va，vb＝va也都有可能．
课堂互动讲练
反冲运动的应用 火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体， 喷出气体相对于地面的速度为v0 ＝1000 m/s，设 火箭的初始质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20 次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火 箭发动机1 s末的速度是多大？ 【思路点拨】 本类问题的研究对象是火箭和从 火箭中喷出的气体，火箭对喷出气体有作用力， 喷出的气体对火箭有反作用力．