（整理版）物理碰撞反冲运动火箭人教实验

1、物理碰撞、反冲运动、火箭物理碰撞、反冲运动、火箭人教实验版人教实验版【本讲教育信息本讲教育信息】一. 教学内容： 碰撞、反冲运动、火箭知识要点：知识要点：1. 了解碰撞的特点，区别弹性碰撞和非弹性碰撞及正碰和斜碰。2. 理解微观世界中散射的意义。3. 了解反冲运动的特点。4. 会应用动量守恒定律处理反冲问题。重点、难点解析重点、难点解析一、碰撞一、碰撞碰撞的种类：碰撞的种类：1. 按碰撞前后物体的运动轨迹是否在同一直线分为：正碰和斜碰2. 按碰撞前后物体的机械能是否守恒分为：弹性碰撞和非弹性碰撞弹性正碰的规律：弹性正碰的规律： 如下图的碰撞发生后，两个物体的速度分别为碰撞过程中由两个物体组成的

2、系统机械能守恒、动量守恒那么22 21 11122111222mvmvm v 1 01 122mvmvm v 1 当，即两个物体的质量相等，12mm这时，。120mm1212mmm根据1 、 2两式，有。01v12vv 这表示第一个物体的速度由现变为零，而第二个物体由静止开始运动，运动的速度等于第一个物体原来的速度。假设，即第一个物体的质量比第二个物体大得多。21mm 这时，。根据1 、 2两式有121mmm121mmm 11vv 122vv 这表示碰撞后第一个物体的速度没有改变，而第二个物体以 2 v1的速度被撞出去。假设，即第一个物体的质量比第二个物体小得多，这时，21mm 122mmm

3、。根据1 、 2两式，有11220mmm0211vvv这表示碰撞以后第一个物体被撞了回去，以原来的速率向反方向运动，而第二个物体仍然静止。二、反冲二、反冲 1由于系统中的一局部物体向某一方向运动，而使另一局部物体向相反方向运动，这种现象叫反冲。反冲是动量守恒定律应用的一类典型实例。 2还击式水轮机、喷气式飞机、火箭都是反冲的重要应用。 反冲运动是怎样产生的？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 的作用力使 a 获得相反方向的动量，从而使 a 沿着与 b 的运动方向相反的方向做反冲运动。实际遇到的

4、反冲运动问题通常有三种情况：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，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，那么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的守恒解决反冲运动问题。【典型例题典型例题】例例 1. 如以下图所示，在光滑水平面上放置 a、b 两物体：其中 b 物体上固定着一个质量不计的弹簧，并静止在水平面上，a 物体以速度 v 向 b 运动，并压缩弹簧，以下说法正

5、确的选项是 a. 任意时刻，a、b 受到的弹簧作用力总是大小相等，方向相反b. 当 a、b 两物体距离最近时，b 物体的速度最大c. 当 a、b 两物体距离最近时，两物体的速度相等d. 当弹簧再恢复原长时，b 物体的速度到达最大值 a b 解析：解析：当 a 接触弹簧后，弹簧由于被压缩，对 a 的弹力向左，对 b 的弹力向右，a在弹力作用下减速运动，b 在弹力作用下加速运动，但只要 a 的速度大于 b 的速度，ab之间的距离就会减小，弹簧的弹力也会同时增大，系统的动能就会不断的转化为弹簧的弹性势能，当 ab 的速度相等时弹簧被压缩的最短，此时弹性势能最大，所以 ab 损失的动能也最大，然后弹簧

6、继续给 a 向左的弹力，给 b 向右的弹力，a 那么继续减速，b 继续加速，b 的速度将大于 a 的速度，ab 之间的距离开始变长，当弹簧恢复原长时，b 的速度到达了整个过程的最大值，而弹簧中的弹性势能又转化为 ab 的动能。答案：答案：acd碰撞问题遵循的三个根本原那么：1. 碰撞过程中动量守恒原那么2. 碰后系统总动能不增加原那么 3. 碰后速度的合理性原那么例例 2. 质量为 m 的气球上有一质量为 m 的人，共同静止在距地面高为 h 的空中，现在从气球中放下一根不计质量的软绳，人沿着软绳下滑到地面。软绳至少为多长，人才能平安到达地面?解析：解析：人和气球原来静止，说明人和气球组成的系统

7、所受外力重力和浮力的合力为零，在人沿软绳下滑的过程中，它们所受的重力和浮力都没变，故系统的合外力仍为零。动量守恒。设人下滑过程某一时刻速度大小为 v，此时气球上升的速度大小为 v，取向上方向为正，由动量守恒定律得即。0mvmvmvmv由于下滑过程中的任一时刻，人和气球的速度都满足上述关系，故它们在这一过程的平均速度也满足这一关系，即。mvmv同乘以人下滑的时间，得 即 mvtmvtmhmh气球上升的高度为mhhm人要平安到达地面，绳长至少为mmmlhhhhhmm点评点评：1只要系统所受合外力为零，系统每时每刻的总动量都不变。此题据此给出了相互作用的两物体每一时刻的速度关系。进一步得出平均速度关

8、系及位移关系，使利用牛顿运动定律难以解决的问题变得非常简便。2此题中的 h 和 h 分别是气球和人对地的位移，分别是气球和人对地的平均vv和速度，动量守恒定律公式中的速度必须相对同一参考系。例例 3. 课外科技小组制作一只“水火箭，用压缩空气压出水流使火箭运动假设喷出的水流流量保持为 210-4m3s，喷出速度保持为对地 l0ms。启动前火箭总质量为 1.4kg；启动 2s 末火箭的速度可以到达多少?火箭沿水平轨道运动阻力不计，水的密度是l03kgm3。解析：解析：“水火箭喷出水流做反冲运动，设火箭原来总质量为 m，喷出水流的流量为q。水的密度为。水流的喷出速度为 v，火箭的反冲速度为，由动量

9、守恒定律得 vqtvvqtm)(火箭启动后 2s 末的速度为=qtmqtvv3434102 102 10/4/1.4 102 102m sm s 例例 4. 如下图，在沙堆外表放置一长方形木块 a，其上再放一质量为 0.10kg 的爆竹 b，木块 a 的质量为，当爆竹爆炸时，因反冲作用使木块陷入沙中。从爆竹爆炸6.0amkg到木块停止下陷历时 0.1s，木块在沙中受到的平均阻力是 90n，求爆竹能上升的最大高度设爆竹中火药的质量及空气阻力忽略不计，取 g=10ms2。解析：解析：此题属反冲运动的问题，用到了动量守恒定律，这是因为爆炸过程内力远大于外力。分析在爆炸的瞬间，爆竹获得向上的速度，木块

10、获得向下的速度，a、b 系统1v2v在竖直方向可以看作动量守恒，而木块在其重力及沙子的阻力作用下以速度下陷一段距2v离，由牛顿第二定律可求出来对木块 a 以向下为正方向有：2v=aam gfam20vt2v 即在爆炸的瞬间木块 a 获得向下的速度smv/5 . 02以 a、b 为对象，系统动量守恒，有021vmvmab即smmvmvba/30/21爆炸后。爆竹以做竖直上抛运动，上升的最大高度为1vmgvh45221【模拟试题模拟试题】1. 以下属于反冲运动的是 a. 喷气式飞机的运动 b. 直升飞机的运动 c. 火箭的运动 d. 还击式水轮机的运动2. 一个静止的质量为 m 的不稳定原子核，当

11、它放射出质量为 m、速度为 v 的粒子后，原子核剩余局部的速度为 。3. 一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后各发射一发炮弹，设两炮弹的质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，那么船的动量和速度的变化情况是 a. 动量不变，速度增大 b. 动量变小，速度不变 c. 动量不变，速度变小 d. 动量不变，速度不变4. 一个质量为 m 的平板车静止在光滑的水平面上，在平板车的车头与车尾站着甲、乙两人，质量分别为 m1和 m2，当两人相向而行时 a. 当时，车子与甲运动方向一致12mm b. 当时，车子与甲运动方向一致12vv c. 当时，车子静止不动1 122mvm v

12、d. 当时，车子运动方向与乙运动方向一致1 122mvm v5. 一质量为 m 的炮弹沿水平方向飞行，其动能为，突然在空中爆炸成质量相同的两ke块，其一块向后，动能为，另一块向前，那么向前的这一块的动能是 2kea. b. c. d. ke21ke29ke49ke22496. 图为一空间探测器的示意图，pl、p2、p3、p4是四个喷气发动机，p1、p2的连线与空间一固定坐标系的 x 轴平行，p3、p4的连线与 y 轴平行，每台发动机开动时，都能向探测器提供推力，但不会使探测器转动，开始时，探测器以恒定的速度向正 x 方向平动，要0v使探测器改为向正 x 偏负 y的方向以原来的速率平动，那么可

13、600v a. 先开动 p1适当时间，再开动 p4适当时间 b. 先开动 p3适当时间，再开动 p2适当时间 c. 开动 p4适当时间 d. 先开动 p3适当时间，再开动 p4适当时间7. 甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动，它们的动量分别是，smkgp/5甲，甲追乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为，那么两球smkgp/7乙smkgp/10乙质量与的关系可能是 m甲m乙a. b. 乙甲mm甲乙mm2c. d. 甲乙mm4甲乙mm68. 如下图，放在光滑水平桌面上的 a、b 木块中部夹一被压缩的弹簧，当弹簧放开时，它们各自在桌面上滑行一段距离后，飞离桌面落在地上，a 的落点与桌边的水平距离为0.5

14、m，b 的落地点距桌边 lm，那么 a. a、b 离开弹簧时的速度比为 1：2b. a、b 质量比 2：1c. 未离开弹簧时，a、b 所受冲量比为 1：2d. 未离开弹簧时，a、b 加速度之比为 l：29. 一门旧式大炮水平发射出一枚质量为 10kg 的炮弹，炮弹飞出的速度是 600ms，炮身的质量是 2t，求大炮后退的速度是 ，假设大炮后退中所受阻力是它重力的 30，那么大炮能后退 m. 10. 一质量为 2m 的小物块 a 沿 x 轴的正方向运动，与静止在 x 轴上的质量为 m 的小物块 b 发生碰撞。碰撞前物块 a 的速度为。碰撞后两物块都沿 x 轴的正方向运动，那么碰0v撞后小物块 b 可能获得的速度为 a. b. 2 c. d. 0v0v230v120v11. 如图带有光滑圆弧轨道的滑块静止在一个光滑水平面上，质量为 m。一只质量为41m 的小球静止在 a 处，当小球从滑块 b 处飞出时，滑块 m 的反冲速度为多大?