20222023高中物理第1章第45节反冲运动自然界中的守恒定律课件粤教版选修35.ppt

第四节　反冲运动第四节　反冲运动 第五节　自然界中的守恒定律第五节　自然界中的守恒定律 第一章　碰撞与动量守恒第一章　碰撞与动量守恒 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接学学 习习目目 标标1．．认识反冲运动认识反冲运动，，能举出几个反冲运动的实例．能举出几个反冲运动的实例．2．．结结合合动动量量守守恒恒定定律律对对反反冲冲现现象象做做出出解解释释；；进进一一步步提提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力．高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力．3．．知知道道火火箭箭的的飞飞行行原原理理和和主主要要用用途途，，了了解解我我国国航航空空、、航天事业的巨大成就．航天事业的巨大成就．4．．了解自然界中的守恒与对称．了解自然界中的守恒与对称． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接反冲运动反冲运动1．．两两位位同同学学在在公公园园里里划划船船，，租租船船的的时时间间将将到到，，他他们们把把小小船船划划向向码码头头．．当当小小船船离离码码头头大大约约1.5 m左左右右时时，，有有一一位位同同学学心心想想：：自自己己在在体体育育课课上上立立定定跳跳远远的的成成绩绩从从未未低低于于2 m，，跳跳到到岸岸上上绝绝对对没没有有问问题题．．于于是是她她纵纵身身一一跳跳，，结结果果却却掉掉到到了了水水里里，，她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？提提示示：：这这位位同同学学与与船船(包包括括船船上上的的同同学学)组组成成的的系系统统在在不不考考虑虑水水阻阻力力的的情情况况下下，，水水平平方方向向所所受受合合外外力力为为零零，，系系统统水水平平方方向向动量守恒．她在跳出瞬间动量守恒．她在跳出瞬间，，船要向后运动．船要向后运动． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接1．定义．．定义．当当原原来来静静止止或或运运动动的的物物体体向向某某一一方方向向射射出出(或或抛抛出出)它它的的一一部部分分时时，，这这个个物物体体的的剩剩余余部部分分将将向向相相反反方方向向运运动动，，这这种种运运动动叫叫反冲运动．反冲运动．2．反冲运动的特点．．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．物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．(2)反反冲冲运运动动和和碰碰撞撞、、爆爆炸炸相相似似，，相相互互作作用用力力一一般般很很大大，，可可以以用动量守恒定律来处理．用动量守恒定律来处理．(3)反反冲冲运运动动中中常常伴伴有有其其他他形形式式的的能能转转化化为为机机械械能能，，系系统统的的总总能量增加．能量增加． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接3．求解反冲运动应注意的问题．．求解反冲运动应注意的问题．(1)速度的反向性．速度的反向性．对对于于原原来来静静止止的的系系统统，，当当向向某某一一方方向向射射出出(或或抛抛出出)它它的的一一部部分分时时，，剩剩余余部部分分的的反反冲冲是是相相对对于于抛抛出出部部分分来来说说，，两两者者运运动动方方向向必必然然相相反反．．进进行行计计算算时时，，可可任任意意规规定定某某一一部部分分的的运运动动方方向向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值．为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值．(2)速度的同时性．速度的同时性．反反冲冲运运动动问问题题中中，，根根据据动动量量守守恒恒定定律律列列出出的的方方程程中中同同一一状状态态的速度应是同时的．的速度应是同时的． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接(3)速度的相对性．速度的相对性．反反冲冲运运动动中中，，有有时时遇遇到到的的速速度度是是相相互互作作用用的的两两物物体体间间的的相相对对速速度度．．由由于于动动量量守守恒恒定定律律中中要要求求速速度度为为对对同同一一惯惯性性系系的的速速度度，，即即对对地地的的速速度度，，因因此此应应先先将将相相对对速速度度转转换换成成对对地地的的速度后，再列动量守恒定律方程．速度后，再列动量守恒定律方程．(4)变质量问题．变质量问题．在在反反冲冲运运动动中中还还常常遇遇到到变变质质量量物物体体的的运运动动，，如如在在火火箭箭的的运运动动过过程程中中，，随随着着燃燃料料的的消消耗耗，，火火箭箭本本身身的的质质量量不不断断减减小小，，此此时时必必须须取取火火箭箭本本身身和和在在相相互互作作用用的的短短时时间间内内喷喷出出的的所所有有气气体体为为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究．研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 一一火火箭箭喷喷气气发发动动机机每每次次喷喷出出m＝＝200 g的的气气体体，，气气体体离离开开发发动动机机喷喷出出时时的的速速度度v＝＝1 000 m/s.设设火火箭箭质质量量M＝＝300 kg，发动机每秒钟喷气，发动机每秒钟喷气20次．次．(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？(2)运动第运动第1 s末，火箭的速度多大？末，火箭的速度多大？解解析析：：火火箭箭喷喷气气属属反反冲冲现现象象，，火火箭箭和和气气体体组组成成的的系系统统动动量量守守恒恒，，运用动量守恒定律求解．运用动量守恒定律求解． (1)选取整体为研究对象选取整体为研究对象，，运用动量守恒定律求解．运用动量守恒定律求解． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 设设喷喷出出三三次次气气体体后后火火箭箭的的速速度度大大小小为为v3，，以以火火箭箭和和喷喷出出的的三三次次气气体体为为研研究究对对象象，，据据动动量量守守恒恒定定律律得得：：(M－－3m)v3－－3mv＝＝0，，故故v3＝＝ ＝＝2 m/s. (2)发发动动机机每每秒秒钟钟喷喷气气20次次，，以以火火箭箭和和喷喷出出的的20次次气气体体为为研研究究对对象象，，根根据据动动量量守守恒恒定定律律得得：：( (M－－20m)v20－－20mv＝＝0，，故故v20＝＝ ＝＝13.5 m/s.答案：答案：(1)2 m/s　　(2)13.5 m/s  目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接► ►课堂训练课堂训练1．．一一门门旧旧式式大大炮炮，，炮炮身身的的质质量量M＝＝1 000 kg，，水水平平发发射射一一枚枚质质量量是是2.5 kg的的炮炮弹弹，，如如果果炮炮弹弹从从炮炮口口飞飞出出时时的的速速度度是是600 m/s，，求炮身后退的速度大小．求炮身后退的速度大小．解解析析：：发发射射炮炮弹弹过过程程中中，，炮炮身身和和炮炮弹弹组组成成的的系系统统动动量量守守恒恒，，设炮弹飞出的方向为正方向设炮弹飞出的方向为正方向，，则得：则得：Mv1＋＋mv2＝＝0，，故故v1＝＝ ＝－＝－1.5 m/s，，负号表示炮后退的方向为炮弹飞出的反方向．负号表示炮后退的方向为炮弹飞出的反方向．答案：答案：1.5 m/s 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 “ “人船模型人船模型”问题问题人船模型有哪些规律？人船模型有哪些规律？提示：提示：(1)“人人”走走“船船”走走，，““人人”停停“船船”停；停；(2)s人人＝＝ ，，s船船＝＝ ，，s人人、、s船船的的大大小小与与人人运动的时间和运动状态无关．运动的时间和运动状态无关． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接1．．““人船模型人船模型”问题的特征．问题的特征．两两个个原原来来静静止止的的物物体体发发生生相相互互作作用用时时，，若若所所受受外外力力的的矢矢量量和和为为零零，，则则动动量量守守恒恒．．在在相相互互作作用用的的过过程程中中，，任任一一时时刻刻两两物物体体的的速速度度大大小小之之比比等等于于质质量量的的反反比比．．这这样样的的问问题题归归为为“人人船船模模型型”问题．问题．2．处理．处理“人船模型人船模型”问题的关键．问题的关键．(1)利利用用动动量量守守恒恒，，确确定定两两物物体体速速度度关关系系，，再再确确定定两两物物体体通通过过的位移关系．的位移关系．由由于于动动量量守守恒恒，，所所以以任任一一时时刻刻系系统统的的总总动动量量为为零零，，动动量量守守恒恒式式可可写写成成m1v1＝＝m2v2的的形形式式(v1，，v2为为两两物物体体的的瞬瞬时时速速率率)，，此此式表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比．式表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接所所以以全全过过程程的的平平均均速速度度也也与与质质量量成成反反比比．．进进而而可可得得两两物物体体的的位移大小与各物体的质量成反比．即位移大小与各物体的质量成反比．即 .(2)解解题题时时要要画画出出各各物物体体的的位位移移关关系系草草图图，，找找出出各各长长度度间间的的关系．关系．3．注意．．注意．(1)“人人船船模模型型”问问题题中中，，两两物物体体的的运运动动特特点点是是：：“人人”走走“船船”行、行、“人人”停停“船船”停．停．(2)在求解过程中应讨论的是在求解过程中应讨论的是“人人”及及“船船”的对地位移．的对地位移． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 有有一一只只小小船船停停在在静静水水中中，，船船上上一一人人从从船船头头走走到到船船尾尾．．如如果果人人的的质质量量m＝＝60 kg，，船船的的质质量量M＝＝120 kg，，船船长长为为l＝＝3 m，则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计．，则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：：人人在在船船上上走走时时，，由由于于人人、、船船系系统统所所受受合合力力为为零零，，总总动动量守恒量守恒，，因此系统的平均动量也守恒因此系统的平均动量也守恒，，如右图所示．如右图所示．设设人人从从船船头头到到船船尾尾的的时时间间为为t，，在在这这段段时时间间里里船船后后退退的的距距离离为为x，，人人相相对对地地运运动动距距离离为为l－－x，，选选船船后后退退方方向向为为正正方方向向，，由由动动量守恒有：量守恒有：答案：答案：1 m方方法法总总结结：：动动量量守守恒恒定定律律是是瞬瞬时时关关系系式式，，动动量量守守恒恒是是指指时时时时刻刻刻刻的的动动量量守守恒恒，，故故人人匀匀速速走走动动，，车车匀匀速速后后退退，，人人加加速速走走动动，，车车加加速速后后退退，，人人减减速速走走动动，，车车减减速速后后退退，，人人动动车车动动，，人人快快车车快快，，人慢车慢人慢车慢，，人停车停．人停车停．动动量量守守恒恒定定律律的的参参考考系系是是地地面面，，故故人人对对地地位位移移不不是是车车长长L(L为人相对于车的位移为人相对于车的位移)．作出位移示意图有助于正确求解．．作出位移示意图有助于正确求解．► ►课堂训练课堂训练2．．(多多选选)一一只只小小船船静静止止在在水水面面上上，，一一人人从从船船头头向向船船尾尾走走去去，，设设M船＞船＞m人人，，不计水的阻力不计水的阻力，，则则(AD)A．．人在船上行走时人在船上行走时，，人对地的速度大于船对地的速度人对地的速度大于船对地的速度B．．人在船上行走时人在船上行走时，，人对地的速度小于船对地的速度人对地的速度小于船对地的速度C．．当人停止时当人停止时，，因船的惯性大因船的惯性大，，所以船要继续后退所以船要继续后退D．．人人和和船船组组成成的的系系统统动动量量守守恒恒，，且且总总动动量量等等于于零零，，所所以以人人停停止船也停止止船也停止解解析析：：由由于于不不计计水水的的阻阻力力，，船船和和人人组组成成的的系系统统所所受受合合力力为为零零，，动动量量守守恒恒．．设设船船和和人人的的速速率率分分别别为为v船船、、v人人，，并并选选船船的的方方向向为为正正方方向向可可得得M船船v船船－－m人人v人人＝＝0，，即即M船船v船船＝＝m人人v人人，，由由M船船＞＞M人人得得v船船＜＜v人人；；当当v人人＝＝0时时v船船＝＝0，，故故选选项项A、、D对对，，B、、C错．错．对守恒定律的理解对守恒定律的理解解决动力学问题有哪几种基本观点？解决动力学问题有哪几种基本观点？提示：提示：解决动力学问题的三个基本观点解决动力学问题的三个基本观点(1)力的观点力的观点——牛顿运动定律结合运动学规律解题．牛顿运动定律结合运动学规律解题．(2)动量观点动量观点——用动量定理和动量守恒定律解题．用动量定理和动量守恒定律解题．(3)能量观点能量观点——用动能定理和能量转化守恒定律解题．用动能定理和能量转化守恒定律解题． 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接1．守恒定律的特点．．守恒定律的特点．(1)守守恒恒定定律律并并不不告告诉诉我我们们物物体体状状态态变变化化的的全全部部细细节节，，也也不不能能判判定定某某种种变变化化是是否否会会发发生生，，也也无无法法描描述述变变化化过过程程的的快快慢慢．．(2)守守恒恒定定律律可可以以用用来来判判断断某某个个变变化化是是否否可可能能发发生生，，以以及及一一旦旦发发生生物物体体初初、、末末状状态态间间应应满满足足什什么么样样的的关关系系．．即即在在符符合合守守恒恒条条件件时时，，可可以以不不分分析析系系统统内内相相互互作作用用过过程程的的细细节节，，而而对系统的变化状态或一些问题作出判断．对系统的变化状态或一些问题作出判断．(3)物物理理学学中中各各种种各各样样的的守守恒恒定定律律，，本本质质上上就就是是某某种种物物理理量量保持不变．保持不变．例例如如：：在在微微观观世世界界中中我我们们对对粒粒子子之之间间的的相相互互作作用用情情况况不不清清楚楚，，但但是是仍仍然然可可以以用用守守恒恒定定律律得得出出一一些些结结论论．．当当两两个个亚亚原原子子微微粒粒碰碰撞撞时时，，由由于于对对碰碰撞撞过过程程中中的的各各种种细细节节我我们们还还缺缺乏乏完完整整而而可可靠靠的的计计算算理理论论，，因因而而事事先先并并不不能能准准确确预预知知碰碰撞撞的的结结果果．．但但却却可可以以根根据据能能量量与与动动量量守守恒恒推推断断碰碰撞撞后后是是否否会会有有未未观观察察到到的的粒粒子子产产生生，，从而在实验中加以注意，进行检验．从而在实验中加以注意，进行检验．2．守恒与对称的关系．．守恒与对称的关系．(1)所所谓谓对对称称，，其其本本质质也也就就是是具具有有某某种种不不变变性性，，守守恒恒定定律律来来源源于于对对称称，，物物理理规规律律的的每每一一种种对对称称(即即不不变变性性)通通常常都都对对应应于于一一种种守恒定律．对称和守恒这两个重要概念是紧密联系在一起的．守恒定律．对称和守恒这两个重要概念是紧密联系在一起的．(2)物物理理规规律律的的对对称称性性就就是是某某种种物物理理状状态态或或过过程程在在一一定定的的变变换换下下(例如转动、平移等等例如转动、平移等等)，它所服从的物理规律不变．，它所服从的物理规律不变．　　 如如图图所所示示，，坡坡道道顶顶端端距距水水平平面面高高度度为为h，，质质量量为为m1 的的小小物物块块A从从坡坡道道顶顶端端由由静静止止滑滑下下，，进进入入水水平平面面上上的的滑滑道道时时无无机机械械能能损损失失，，为为使使A制制动动，，将将轻轻弹弹簧簧的的一一端端固固定定在在水水平平滑滑道道延延长长线线M处处的的墙墙上上，，另另一一端端与与质质量量为为 m2 挡挡板板 B相相连连，，弹弹簧簧处处于于原原长长时时，，B恰恰位位于于滑滑道道的的末末端端 O点点．．A与与 B碰碰撞撞时时间间极极短短，，碰碰后后结结合合在在一一起起共共同同压压缩缩弹弹簧簧，，已已知知在在 OM段段 A、、B 与与水水平平面面间间的的动动摩摩擦擦因数均为因数均为μ，其余各处的摩擦不计，重力加速度为，其余各处的摩擦不计，重力加速度为g，求：，求：(1)物块物块 A在与挡板在与挡板 B碰撞前瞬间速度碰撞前瞬间速度 v的大小；的大小； (2)弹弹簧簧最最大大压压缩缩量量为为d时时的的弹弹性性势势能能Ep(设设弹弹簧簧处处于于原原长长时时弹性势能为零弹性势能为零)．．解析：解析：(1)由机械能守恒定律由机械能守恒定律，有，有 ① ①v＝＝ .②②(2)A、、B在在碰碰撞撞过过程程中中内内力力远远大大于于外外力力，，由由动动量量守守恒恒，，有有：：m1v＝＝(m1＋＋m2)v′，，③③A、、B克服摩擦力所做的功：克服摩擦力所做的功：W＝＝μ(m1＋＋m2)gd，，④④由能量守恒定律，有：由能量守恒定律，有： ，，⑤⑤解得解得Ep＝＝ gh－－μ(m1＋＋m2)gd.答答案案：：(1) (2) gh－－μ(m1＋＋m2)gd课堂训练课堂训练3．．一一辆辆小小车车静静止止在在光光滑滑水水平平面面上上，，小小车车立立柱柱上上拴拴有有一一根根长长为为L的的轻轻绳绳，，轻轻绳绳末末端端拴拴着着一一个个小小球球，，如如图图所所示示，，现现将将小小球球拉拉至至水水平平位位置置后后自自静静止止释释放放，，小小球球摆摆动动的的过过程程中中不不计计一一切切阻阻力力，则下列说法中正确的是，则下列说法中正确的是 (D)A．．小球摆动过程中机械能守恒小球摆动过程中机械能守恒B．．小小球球开开始始摆摆动动后后，，小小球球和和小小车车组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒、、动量守恒动量守恒C．．小小球球开开始始摆摆动动后后，，小小球球和和小小车车组组成成的的系系统统机机械械能能不不守守恒恒、、动量不守恒动量不守恒D．．小小球球开开始始摆摆动动后后，，小小球球达达最最大大速速度度时时小小车车也也同同时时达达最最大大速度速度解解析析：：在在小小球球下下摆摆过过程程中中，，因因小小车车运运动动，，轻轻绳绳悬悬点点移移动动，，轻轻绳绳对对小小球球做做功功不不为为零零，，故故小小球球的的机机械械能能不不守守恒恒，，但但小小球球和和小小车车组组成成的的系系统统机机械械能能是是守守恒恒的的；；小小球球在在竖竖直直方方向向上上的的动动量量是是变变化化的的，，而而小小车车无无竖竖直直动动量量，，故故系系统统在在竖竖直直方方向向上上动动量量不不守守恒恒，，但但水水平平方方向向因因无无外外力力作作用用，，水水平平方方向向上上系系统统动动量量是是守守恒恒的的，，故故A、、B、、C均均错错误误；；小小球球在在最最低低点点时时速速度度最最大大，，由由水水平平方方向向动动量量守守恒恒可可知知，，小小车车此此时时速速度度也也为为最最大大，，故故D正确．正确．。