第十六章学案7

1、学案7反冲运动火箭目标定位 1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.2.理解反冲运动的原理，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题.3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素一、反冲问题设计把一个气球吹起来，用手捏住气球的吹气口，然后突然放开，让气体喷出，简述观察到的现象答案气体向后运动，气球向前运动要点提炼1定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动这个现象叫做反冲2反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：物体间作用力与反作用力产生的效果(2)遵循的规律：反冲运动是内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内

2、力远大于外力，所以可以认为系统的总动量是守恒的3注意的问题(1)速度的反向性：原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分反冲速度的方向与抛出部分相反(2)速度的相对性：一般指对地速度二、火箭问题设计设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v.答案在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv(Mm)v则由动量守恒定律得mv(Mm)v0所以vvv要点提炼1工作原理：利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得向前的速度2

3、火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度和质量比(火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定3火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题三、“人船模型”探究问题设计如图1所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，质量为m的人从静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各为多少？图1答案设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1、v2，作用前都静止因整个过程中动

4、量守恒，所以有mv1Mv2而整个过程中的平均速度大小为、，则有mM.两边乘以时间t有mtMt，即mx1Mx2.且x1x2L，可求出x1 L，x2 L.要点提炼1两物体满足动量守恒定律：m11m220.2运动特点：人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即.3应用此关系时要注意一个问题：即公式中v、和x一般都是相对地面而言的一、反冲运动的应用例1一个静止的质量为M的不稳定原子核，当它放射出质量为m、速度为v的粒子后，原子核剩余部分的速度为()Av B.C. D.解析以原子核为一系统，放射过程中由动量守恒定律(M

5、m)vmv0得v.答案B例2如图2所示，水平地面上放置一门大炮，炮身质量为M，炮筒与水平方向成角，今相对地面以速度v发射一炮弹，若炮弹质量为m，求炮身的后退速度图2解析炮弹和炮身组成的系统在水平方向动量守恒，以炮弹的水平速度方向为正方向，由动量守恒定律可知：0mvcos Mv解得v，方向与炮弹的水平速度方向相反答案，方向与炮弹的水平速度方向相反二、火箭问题的分析例3一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机时速度v1 000 m/s，设火箭质量M300 kg，发动机每秒喷气20次，求：(1)当第3次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？解析由于每次喷

6、气速度都一样，可选整体为研究对象，运用动量守恒定律来求解(1)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v32 m/s(2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律可得(M20m)v2020mv0得v2013.5 m/s答案(1)2 m/s(2)13.5 m/s三、“人船模型”的应用例4有一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾如果人的质量m60 kg，船的质量M120 kg，船长为l3 m，则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计解析人在船上走时，由于人、船系统所受合力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也

7、守恒，如图所示设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间里船后退的距离为x，人相对地面运动距离为lx，选船后退方向为正方向，由动量守恒有：Mm0所以xl×3 m1 m.答案1 m反冲运动火箭1(反冲运动的认识)下列属于反冲运动的是()A喷气式飞机的运动B直升机的运动C火箭的运动D反击式水轮机的运动答案ACD解析反冲运动是一个物体分裂成两部分，两部分向相反方向的运动，故直升机的运动不是反冲运动2(反冲运动的应用)假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是()A向后踢腿B手臂向后甩C在冰面上滚动D脱下外衣水平抛出答案D解析向后踢腿和手臂向后甩，都是人体间的内力，不

8、会使人前进在光滑冰面上由于不存在摩擦力，故无法完成滚动动作而抛出衣服能获得反方向的速度，故可滑离冰面3(火箭问题的分析)静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量为m的高温气体后，火箭的速度为()A. BC. D答案B解析由动量守恒定律得mv0(Mm)v0.火箭的速度为v.选项B正确4. (“人船模型”的应用)如图3所示，载人气球原来静止在空中，与地面距离为h，已知人的质量为m，气球的质量(不含人的质量)为M.若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为多长？图3答案h解析人与气球组成的系统动量守恒设人到地面时，气球上升高度为H，如图所示由动量守恒定律得：MHmh，解得：Hh.所以绳

9、梯的长度至少为LHhh.题组一反冲运动的理解和应用1下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度()A使喷出的气体速度增大B使喷出的气体温度更高C使喷出的气体质量更大D使喷出的气体密度更小答案AC2关于反冲运动的说法中，正确的是()A抛出物m1的质量要小于剩下的质量m2才能获得反冲B若抛出质量m1大于剩下的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力C反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用D对抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律答案D解析反冲运动是指由于系统的一部分物体向某一方向运动，而使另一部分向相反方向运动定义中并没有确定两部分物体之间的质量关系，故选项A错误在反冲运动中，两部分之

10、间的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知，它们大小相等、方向相反，故选项B错误在反冲运动中一部分受到的另一部分的作用力产生了该部分的加速度，使该部分的速度逐渐增大，在此过程中对每一部分牛顿第二定律都成立，故选项C错误，选项D正确3小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图1所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是()图1A打开阀门S1 B打开阀门S2C打开阀门S3 D打开阀门S4答案B解析据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为0，由0m水v水m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出

11、4如图2所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机把前舱的水均匀的抽往后舱，不计水的阻力，下列说法中正确的是()图2A若前后舱是分开的，则前舱将向后加速运动B若前后舱是分开的，则前舱将向前加速运动C若前后舱不分开，则船将向后加速运动D若前后舱不分开，则船将向前加速运动答案B解析前后舱分开时，前舱和抽出的水相互作用，靠反冲作用前舱向前加速运动，若不分开，前后舱和水是一个整体，则船不动题组二火箭问题的分析5运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是()A燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气体的反作用力推动火箭C火箭吸入空气，然后向后排出

12、，空气对火箭的反作用力推动火箭D火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭答案B解析火箭的工作原理是利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度，故正确选项为B.6将静置在地面上、质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是()A.v0 B.v0 C.v0 D.v0答案D解析火箭模型在极短时间内点火，设火箭模型获得速度为v，据动量守恒定律有0(Mm)vmv0，得vv0，故选D.7竖直发射的火箭质量为6×103 k

13、g.已知每秒钟喷出气体的质量为200 kg.若要使火箭获得20.2 m/s2的向上加速度，则喷出气体的速度大小应为()A700 m/s B800 m/sC900 m/s D1 000 m/s答案C解析火箭和喷出的气体动量守恒，即每秒喷出气体的动量等于火箭每秒增加的动量，即m气v气m箭v箭，由动量定理得火箭获得的动力F200v气，又Fm箭gm箭a，得v气900 m/s.题组三“人船模型”的应用8某人站在静止于水面的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，则()A人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比B人走到船尾不再走动，船也停止不动C不管人如何走动，人在行走的任意

14、时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比D船的运动情况与人行走的情况无关答案ABC解析由动量守恒定律可知，A、B、C正确9如图3所示，一辆小车静置于光滑水平面上，车的左端固定有一个水平弹簧枪，车的右端有一个网兜若从弹簧枪中发射出一粒弹丸，弹丸恰好能落入网兜中从弹簧枪发射弹丸以后，下列说法中正确的是()图3A小车向左运动一段距离然后停下B小车先向左运动又向右运动，最后回到原位置停下C小车一直向左运动下去D小车先向左运动，后向右运动，最后保持向右匀速运动答案A10一条约为180 kg的小船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，忽略水的阻力，以下是某同学利用有关物理知识分

15、析人与船相互作用过程时所画出的草图(如图所示)，图中下面部分为人走到船头时的情景请用有关物理知识判断下列图中所描述物理情景正确的是()答案B解析人和船组成的系统动量守恒，总动量为零，人向前走时，船将向后退，B正确11一个人在地面上立定跳远的最好成绩是x，假设他站在船头要跳上距离在L远处的平台上，水对船的阻力不计，如图4所示则()图4A只要Lx，他一定能跳上平台B只要Lx，他有可能跳上平台C只要Lx，他一定能跳上平台D只要Lx，他有可能跳上平台答案B解析若立定跳远时，人离地时速度为v，如题图从船上起跳时，人离船时速度为v.船的速度为v船，由能量守恒Emv2，Emv2mv，所以vv，人跳出的距离变小，所以B正确12. 如图5所示，一个倾角为的直角斜面体静置于光滑水平面上，斜面体质量为M，顶端高度为h，今有一质量为m的小物体，沿光滑斜面下滑，当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时，斜面体在水平面上移动的距离是()图5A. B.C. D.答案C解析此题属“人船模型”问题，m与M组成的系统在水平方向上动量守恒，设m在水平方向上对地位移为x1，M在水平方向对地位移为x2，因此0mx1Mx2.且x1x2hcot .由可得x2，故选C.13平板车停在水平光滑的轨道上，平板车上有一人从固定在车上的货箱边沿水平方向顺着轨道方向跳出，落在平板车地板上的A点，距货箱水平距离为l4 m，如图6所示人的质