1.3动量守恒定律的案例

1、第一章 碰撞与动量守恒,第节动量守恒定律的案例分析,4知道火箭的飞行原理和主要用途，了解我国航空、航天事业的巨大成就。,2认识反冲运动，并能举出几个反冲运动的实例。,3结合动量守恒定律对反冲运动做出解释，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力。,1.深刻理解动量守恒定律，练习用动量守恒定律解决实际问题。,如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。,1、内容,2、表达式,3、适用条件,(1)系统不受外力；(理想条件),(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件),(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说

2、可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）,(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件),问题1：动量守恒定律的理解,审题指导, 本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？,本题中相互作用的系统是什么？,分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？,碰撞前、后,地面摩擦力和空气阻力,远小于内力,动量守恒,系统,外力,内力,如图所示，在游乐场上，两位同学各驾着一辆碰碰车迎面相撞，此后，两车以共同的速度运动。设甲同学和他的车的总质量为150kg，碰撞前向右运动，速度的大小为4.5m/

3、s；乙同学和他的车的总质量为200kg，碰撞前向左运动，速度的大小为3.9m/s。求碰撞后两车的共同速度。,问题2：通过课本案例，你如何分析碰碰车的碰撞？,解析,设向右为正方向,碰撞前的总动量为,碰撞后的总动量为,由动量守恒定律可得：,所以,代入数值，得,如图所示，在游乐场上，两位同学各驾着一辆碰碰车迎面相撞，此后，两车以共同的速度运动。设甲同学和他的车的总质量为150kg，碰撞前向右运动，速度的大小为4.5m/s；乙同学和他的车的总质量为200kg，碰撞前向左运动，速度的大小为3.9m/s。求碰撞后两车的共同速度。,问题2：通过课本案例，你如何分析碰碰车的碰撞？,m1,m2,解析,x,设向右

4、为正方向,由动量守恒定律可得：,所以,代入数值，得,可知未知核为氦核。,问题3：通过课本案例，如何运用动量守恒定律探究未知粒子的性质？,一质子以1.0107m/s的速度向右与一个静止的未知的核碰撞。已知质子的质量是1.6710-27kg，碰撞后质子以6.0106m/s的速度反向弹回，未知核以4.0106m/s的速度向右运动。试确定未知核的“身份”。,炮弹发射,章鱼,止退犁,灌溉喷水器,问题4：你能举出反冲运动应用与防止的一些例子吗？,气体喷出是因为球壁对球内气体有作用力的冲量使气体的动量增加，气体对球壁的反作用力冲量使气球的动量也增加。,(1)、用动量定理分析：,(2)、用动量守恒定律分析：,

5、反冲运动是相互作用物体之间的作用力与反作用力产生的效果。反冲过程中，系统的合外力一般不为零；但反冲运动中如果属于内力远大于外力的情况，可认为反冲运动中系统动量是守恒的。,问题5：把一个气球吹起来，用手握住气球的吹气口，然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。气球为什么会沿气嘴相反方向运动？,1、速度的反向性,2、速度的相对性,一静止的质量为M的气球和气体，以对地速度v放出质量m的气体，研究剩余部分和气球相对于地的速度。,3、变质量问题：,设v方向为正方向, 根据动量守恒定律,分析,注意,问题5：进一步分析气球的运动？,问题6：神舟七号飞船和火箭为什么能离开地球，升上天空？,火箭发射喷射出来的

6、燃气的质量为m1，燃料燃尽后火箭的质量为m2，火箭燃气的喷射速度为v1，燃料燃尽后火箭的飞行速度v2为多大？,在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以发射前、后总动量守恒。,m1 v1 +m2 v2 = 0,解析,负号表示速度方向与喷出的燃气方向相反,多级火箭能及时把空壳抛掉，使火箭的总质量减少，因而能够达到很高的速度，可用来完成洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船的发射工作，但火箭的级数不是越多越好，级数越多构造越复杂，工作的可靠性越差，目前多级火箭一般都是三级。,燃料燃尽时火箭获得的最终速度由喷气速度及质量比决定,问题7：如何分析火箭发射呢？,一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，喷出的气

7、体相对地面的速度v1 000 m/s。设此火箭初始质量M300 kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力作用的情况下，火箭发动机1s末的速度是多大？,以火箭和喷出的20次气体为研究对象，,(M20m)v2020mv0,解析,根据动量守恒可得,火箭发动机1s末的速度大小是13.5m/s,拓展当第3次气体喷出后，火箭的速度多大？,设喷出3次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的3次气体为研究对象，根据动量守恒定律可得,(M3m)v33mv0,解得,问题8：通过课本案例，如何运用动量守恒定律探究火箭的发射问题呢？,古代的火箭,问题9：你知道我国古代的火箭是什么样的吗？,箭上扎一个火药筒

8、，火药筒的前端封闭，火药点燃后生成的燃气以很大的速度从火药筒的尾部向下喷出，火箭由于反冲而向下运动。,问题10：你知道现代的火箭与古代的火箭有什么相同和不同之处？,现代的火箭与古代的火箭原理相同，都是利用反冲现象来工作的。,现代火箭较古代火箭结构复杂的多。,反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动如果小车的总质量M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m0.1 kg. (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v2.9 m/s，求小车的反冲速度 (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60角，小车的反冲速度又如何？,根据动量守恒定律可得,mv(Mm)v0

9、,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，,解析,系统,正方向,(1),动量守恒,反冲速度大小是0.1 m/s,小试牛刀,反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动如果小车的总质量M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m0.1 kg. (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v2.9 m/s，求小车的反冲速度 (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60角，小车的反冲速度又如何？,mvcos 60(Mm)v0,负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s.,解析,系统,正方向,(2),0.1 m/s,水平方向动量守恒,小试牛刀,镭(Ra)原子核是不稳定的，它有88个质子和138个中子，会自发地以一定速度放出一个粒子(粒子含有2个质子和2个中子)，然后变为氡(Rn)原子核。若质子和中子的质量相等， 粒子在离开镭原子核时具有1.5107m/s的速度，试求氡原子核具有的速度。,粒子 m1,氡(Rn) m2,镭(Ra) m,审题指导,镭(Ra) 、粒子、氡(Rn)的质量数守恒,一个质子或中子的质量为m0,88m0+138m0=226m0,2m0+2m0=4m0,226m0-4m0=222m0,系统动量守恒,小试牛刀,镭(Ra)原子核是不稳定的，它有88个质子和138个中子，会自发地以一定速度放出