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(共22張PPT)
12
反沖現(xiàn)象的應(yīng)用——人船模型、爆炸問(wèn)題
第一章
2
能運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決“爆炸問(wèn)題”.
1
掌握“人船”模型的特點(diǎn)，并能運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析、解決問(wèn)題.
重難點(diǎn)
“人船”模型
1.“人船”模型概述
兩個(gè)原來(lái)靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒，有m1v1－m2v2＝0.
2.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：人動(dòng)船動(dòng)，人停船停；人快船快，人慢船慢；人左船右.
導(dǎo)學(xué)
導(dǎo)學(xué)
一質(zhì)量為M的小船靜止在水面上，站在船尾的質(zhì)量為m的小孩，從靜止開(kāi)始向左運(yùn)動(dòng).求此過(guò)程中：
(1)船向哪運(yùn)動(dòng)？當(dāng)小孩速度為v時(shí)，船速多大；
答案　因?yàn)樾『⑴c小船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)小孩向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，小船向右運(yùn)動(dòng).設(shè)小孩的速度v的方向?yàn)檎较颍?dāng)小孩速度為v時(shí)，mv－Mv′＝0，解得v′＝ .
導(dǎo)學(xué)
導(dǎo)思
(2)當(dāng)小孩向左移動(dòng)了x時(shí)，船的位移多大；
答案　由人船系統(tǒng)始終動(dòng)量守恒可知
mx－Mx′＝0，解得x′＝ .
(3)小孩和船的位移與兩者質(zhì)量有什么關(guān)系？
1.(課本第29頁(yè)第5題改編)有一只小船停在靜水中，船上一人從船頭走到船尾.如果人的質(zhì)量m＝60 kg，船的質(zhì)量M＝120 kg，船長(zhǎng)為l＝3 m，則船在水中移動(dòng)的距離是多少？(水的阻力不計(jì))
答案　1 m
人在船上走時(shí)，人、船組成的系統(tǒng)所受合外力為零，總動(dòng)量守恒，設(shè)人從船頭到船尾的時(shí)間為t，在這段時(shí)間內(nèi)船后退的距離為x，人相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的距離為l－x，如圖所示，
選船后退方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律有
2.(2022·寧夏大學(xué)附屬中學(xué)高二月考)如圖所示，載人氣球原來(lái)靜止在空中，與地面距離為h，已知人的質(zhì)量為m，氣球的質(zhì)量(不含人的質(zhì)量)為M.若人要沿輕繩梯返回地面，則繩梯的長(zhǎng)度至少為
√
設(shè)人沿繩梯滑至地面，繩梯長(zhǎng)度至少為L(zhǎng).以人和氣球組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，豎直方向動(dòng)量守恒，規(guī)定豎直向上為正方向，0＝Mv2－mv1，人相對(duì)于地面下降的高度為h，速度大小為v1＝ ；人沿繩梯滑
至地面時(shí)，氣球上升的高度為L(zhǎng)－h(huán)，速度大小v2＝ ，根據(jù)以上
式子可得L＝ ，故選D.
3.(2021·宜昌市高二月考)如圖所示，物體A和B質(zhì)量分別為m1和m2，圖示直角邊長(zhǎng)分別為a和b.設(shè)B與水平地面無(wú)摩擦，當(dāng)A由頂端O從靜止開(kāi)始滑到B的底端(A下端剛好觸地)時(shí)，B的水平位移大小是
√
A、B組成的系統(tǒng)在相互作用過(guò)程中水平方向動(dòng)量守恒，規(guī)定物體B的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍珺的水平位移大小為x，則
m2x－m1(b－a－x)＝0，
總結(jié)提升
“人船模型”是利用平均動(dòng)量守恒求解的一類問(wèn)題，解決這類問(wèn)題應(yīng)注意：
(1)適用條件：
①系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動(dòng)量為零；
②在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中至少有一個(gè)方向的動(dòng)量守恒(如水平方向或豎直方向).
(2)畫草圖：解題時(shí)要畫出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長(zhǎng)度間的關(guān)系，注意兩物體的位移是相對(duì)同一參考系的位移.
總結(jié)提升
爆炸問(wèn)題
有一炸彈突然爆炸分成了兩塊，在爆炸前后，系統(tǒng)的動(dòng)量和機(jī)械能怎樣變化，為什么？
答案　由于爆炸時(shí)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故爆炸時(shí)系統(tǒng)動(dòng)量守恒，爆炸時(shí)通過(guò)內(nèi)力做功將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故爆炸時(shí)系統(tǒng)機(jī)械能增加.
導(dǎo)學(xué)
導(dǎo)思
4.(2022·鹽城市高二期末)如圖所示，光滑水平面上甲、乙兩球間粘少許炸藥，一起以0.5 m/s的速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng).已知甲、乙兩球質(zhì)量分別為0.1 kg和0.2 kg.某時(shí)刻炸藥突然爆炸，分開(kāi)后兩球仍沿原直線運(yùn)動(dòng)，從爆炸開(kāi)始計(jì)時(shí)經(jīng)過(guò)3.0 s，兩球之間的距離為x＝2.7 m，則下列說(shuō)法正確的是
A.剛分離時(shí)，甲、乙兩球的速度方向相同
B.剛分離時(shí)，甲球的速度大小為0.6 m/s
C.剛分離時(shí)，乙球的速度大小為0.3 m/s
D.爆炸過(guò)程中甲、乙兩球增加的總機(jī)械能為0.027 J
√
設(shè)甲、乙兩球的質(zhì)量分別為m1、m2，剛分離時(shí)兩球速度分別為v1、v2，以向右為正方向，則由動(dòng)量守恒定律得(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，根據(jù)題意有v2－v1＝ ，代入數(shù)據(jù)解得v2＝0.8 m/s，v1＝－0.1 m/s，說(shuō)明剛分離時(shí)兩球速度方向相反，故A、B、C錯(cuò)誤；
爆炸過(guò)程中兩球增加的總機(jī)械能ΔE＝ ，
將v2＝0.8 m/s，v1＝－0.1 m/s代入可得ΔE＝0.027 J，故D正確.
5.一個(gè)質(zhì)量為m的物體從高處自由下落，當(dāng)物體下落h距離時(shí)突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1的一塊恰好能沿豎直方向回到開(kāi)始下落的位置，求剛炸裂時(shí)另一塊的速度v2.
由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，炸裂前物體的速度v＝ ，取豎直向下為正方向，炸裂前物體的動(dòng)量為p＝mv＝ ，炸裂后質(zhì)量為m1的一塊恰好能向上運(yùn)動(dòng)到開(kāi)始下落的位置，則剛炸裂時(shí)其速度大小與炸裂前相同，方向與規(guī)定的正方向相反.p1＝m1v1＝ ，由動(dòng)量守恒定律有mv＝m1v1＋(m－m1)v2
6.以初速度v0與水平方向成60°角斜向上拋出的手榴彈，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)炸成質(zhì)量分別為m和2m的兩塊.其中質(zhì)量大的一塊沿著原來(lái)的方向以2v0的速度飛行.(不計(jì)空氣阻力)求：
(1)質(zhì)量較小的另一塊彈片速度的大小和方向；
答案　2.5v0　方向與爆炸前瞬間的速度方向相反
斜拋的手榴彈在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)處爆炸前的速度v1＝v0cos 60°＝ .設(shè)v1的方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得
3mv1＝2mv1′＋mv2
其中爆炸后大塊彈片速度v1′＝2v0，
解得v2＝－2.5v0，負(fù)號(hào)表示v2的方向與爆炸前瞬間的速度方向相反.
(2)爆炸過(guò)程有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為彈片的動(dòng)能.(共28張PPT)
11
反沖現(xiàn)象　火箭
第一章
2
理解火箭的飛行原理，能夠應(yīng)用動(dòng)量守恒定律分析火箭飛行的問(wèn)題.
1
了解反沖現(xiàn)象及反沖現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用.
難點(diǎn)
重點(diǎn)
章魚在水里使用什么方式前進(jìn)？
反沖現(xiàn)象
反沖現(xiàn)象
2.特點(diǎn)：
通常內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力
1.定義：如果一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分成兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng).
3.規(guī)律：
遵循動(dòng)量守恒定律
0=m1v1- m2v2
生活中的反沖現(xiàn)象
農(nóng)田、園林的噴灌裝置
噴氣式飛機(jī)
利用“反沖”原理
1.狙擊槍重M＝8 kg，射出的子彈質(zhì)量m為20 g，若子彈射出槍口時(shí)的速度為v＝1 000 m/s，不計(jì)人對(duì)槍的作用力，則槍的后退速度v′是多大？
答案　2.5 m/s
子彈和槍組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，以子彈的速度方向?yàn)檎较?
作用前：p＝0
作用后：p′＝mv－Mv′
由動(dòng)量守恒定律得：p＝ p′
即0＝mv－Mv′
2.在光滑的水平軌道上放置一門質(zhì)量為m1的舊式炮車(不包含炮彈質(zhì)量)，炮彈的質(zhì)量為m2，當(dāng)炮車沿與水平方向成θ角發(fā)射炮彈時(shí)，炮彈相對(duì)地面的速度為v0，則炮車后退的速度大小為
√
根據(jù)水平方向動(dòng)量守恒有：0＝m1v－m2v0cos θ
“反沖”的危害
生活中的反沖現(xiàn)象
“反沖”的防止
止退犁
（火炮緩沖器）
握槍姿勢(shì)
生活中的反沖現(xiàn)象
火箭
火 箭
火箭的主要用途：
火箭作為運(yùn)載工具，例如發(fā)射探測(cè)儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船
火箭的工作原理：
火箭是利用燃?xì)飧咚賴姲l(fā)時(shí)的反沖運(yùn)動(dòng)
遵循動(dòng)量守恒定律。
1.質(zhì)量為m的人在遠(yuǎn)離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對(duì)靜止，由于沒(méi)有力的作用，他與飛船總保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài).這個(gè)人手中拿著一個(gè)質(zhì)量為Δm的小物體.現(xiàn)在他以相對(duì)于飛船為u的速度把小物體拋出.
(1)拋出時(shí)，人和小物體的受力有什么特點(diǎn)？
答案　是一對(duì)相互作用力，等大反向
(2)小物體的動(dòng)量改變量是多少？
答案　Δm·u
導(dǎo)學(xué)
導(dǎo)思
(3)人的動(dòng)量改變量是多少？
答案　－Δm·u
(4)人的速度改變量是多少？
答案　設(shè)人的速度改變量為v
根據(jù)動(dòng)量守恒
=
2.火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為M、燃料燃盡后火箭的質(zhì)量為m，火箭燃?xì)獾膰娚渌俣葹関1，求燃料燃盡后火箭的飛行速度v為多大？
答案　在火箭發(fā)射過(guò)程中，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以動(dòng)量守恒.
以火箭的速度方向?yàn)檎较颍?br/>發(fā)射前的總動(dòng)量為0；
發(fā)射后的總動(dòng)量為：mv－(M－m)v1
由動(dòng)量守恒得：0＝mv－(M－m)v1
M-m
v1
正方向
m
v=？
3.火箭發(fā)射應(yīng)用了什么工作原理？影響火箭獲得速度大小的因素是什么？
答案　火箭發(fā)射應(yīng)用了反沖的原理.
①火箭噴出的燃?xì)獾乃俣?
②火箭噴出燃?xì)獾馁|(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比.
影響火箭獲得速度大小的因素為：
三 級(jí) 火 箭
根據(jù)v = ( -1)v1 ，
若要提高火箭的速度，需要減輕火箭本身質(zhì)量
我國(guó)采用多級(jí)火箭方案減輕火箭本身質(zhì)量，提高火箭速度
一級(jí)火箭
二級(jí)火箭
三級(jí)火箭
我國(guó)發(fā)射火箭的成就
3.關(guān)于火箭的發(fā)射，下列說(shuō)法正確的是
A.火箭發(fā)射過(guò)程中機(jī)械能守恒，動(dòng)量也守恒
B.影響火箭速度大小的因素只有噴出氣流的速度
C.影響火箭速度大小的因素包括噴出氣流的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比
D.噴出氣流對(duì)火箭的沖量與火箭對(duì)噴出氣流的沖量相同
√
火箭發(fā)射過(guò)程中動(dòng)能和重力勢(shì)能均增加，則機(jī)械能不守恒，速度增大，則動(dòng)量增大，動(dòng)量也不守恒，A錯(cuò)誤；
設(shè)噴出氣流質(zhì)量為m，火箭質(zhì)量為M，則根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv＝Mv′，解得v′＝ ，故影響火箭速度大小的因素是噴出氣流的速度和氣流與火箭質(zhì)量比，B錯(cuò)誤，C正確；
噴出氣流對(duì)火箭的沖量與火箭對(duì)噴出氣流的沖量大小相等，方向相反，D錯(cuò)誤.
4.某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)射自制水火箭，火箭外殼重2 kg，發(fā)射瞬間將殼內(nèi)質(zhì)量為4 kg的水相對(duì)地面以10 m/s的速度瞬間噴出，已知重力加速度g＝10 m/s2，空氣阻力忽略不計(jì)，火箭能夠上升的最大高度為
A.10 m B.15 m C.20 m D.25 m
由動(dòng)量守恒定律得mv1＝Mv2，解得v2＝20 m/s.由v22＝2gh，解得h＝20 m.
√
5.2021年6月17日，搭載神舟十二號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射，成功將神舟十二號(hào)載人飛船送入預(yù)定軌道.如果長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭(包括載人飛船、宇航員和燃料)的總質(zhì)量為M，豎直向上由靜止開(kāi)始加速，每次向下噴出質(zhì)量為m的燃?xì)猓細(xì)獗粐姵鰰r(shí)相對(duì)地面的速度大小均為v，則第5次噴出燃?xì)獾乃查g，運(yùn)載火箭速度大小為(忽略重力的影響)
√
設(shè)第5次噴出燃?xì)獾乃查g運(yùn)載火箭的速度為v1，此時(shí)運(yùn)載火箭的質(zhì)量為M－5m，忽略重力影響，運(yùn)載火箭噴氣過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有(M－5m)v1＝5mv，解得v1＝ .
分析火箭類問(wèn)題應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題
(1)火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象.注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化.
(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度.
(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向.
總結(jié)提升
反沖現(xiàn)象　火箭
目標(biāo)一 反沖現(xiàn)象
定義：物體在內(nèi)力的作用下分成兩個(gè)部分， 一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分向相反的方向運(yùn)動(dòng)
原理：利用燃?xì)飧咚賴姲l(fā)時(shí)的反沖運(yùn)動(dòng)
規(guī)律：動(dòng)量守恒定律
目標(biāo)二 火箭
規(guī)律：動(dòng)量守恒定律

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