14 反冲运动和火箭（学生版）

1、课程主题：反冲运动和火箭授课时间：学习目标.理解反冲运动的概念及原理。.掌握应用动量守恒定律分析解决反冲运动问题的方法。.知道火箭的工作原理及决定火箭冲力大小的因素，了解我国运载火箭和航天技术的开展。教学内容&迷门测信=加，开始时B、C均静止，A以L光滑水平轨道上有三个木块4、B、C,质量分别为两=3m，mB=mc初速度。0向右运动，4与B碰撞后分开，3又与C发生碰撞并粘在一起，此后A与B间的距离保持不变。求8与C碰撞前B的速度大小。VQ一回学777777/7777777777777777/77777777先导皆你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？ 它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通 过身体前面

2、的孔将水喷出，使身体很快地 运动）章鱼能够调整喷水的方向，这样可 以使得身体向任意方向前进口章鱼游动时表达了什么物理原理？劲幡锦知识点一（爆炸与碰撞的比拟）【知识梳理】弹性碰撞没有动能损失碰撞 非弹性碰撞有动能损失完全非弹性磴揖L 碰后以共同速度运动，动却a失最大在系统内力作用下,系统内的一局部物体向某一方向发生动量反冲 变化时，系统内其余局部物体向反方向发生动量变化的现象爆炸1r温故知新1. 一航天探测器完成对月球的探测后，离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球外表成一定倾角的 直线飞行，先加速运动后匀速运动。探测器通过喷气而获得动力，以下关于喷气方向的说法正确的选项是()A.探测器加速运动

3、时，向后喷气B.探测器加速运动时，竖直向下喷气C.探测器匀速运动时，竖直向下喷气D.探测器匀速运动时，不需要喷气2.穿着溜冰鞋的人，站在光滑的冰面上，沿水平方向举枪射击，设射出第一颗子弹后，人后退的速度 为0,贝1()A.无论射出多少颗子弹，人后退的速度为。保持不变B.射出颗子弹后，人后退的速度为砂C.射出颗子弹后，人后退的速度大于加D.射出颗子弹后，人后退的速度小于加.如图，光滑水平面上有质量为100 kg、长度为4 m的平板小车，小车两端站着A、B两人,A质量为70 kg, 8质量为3() kg,两人交换位置，此过程中小车移动的位移是()A. 0.8 m B. 2.8 m C. 1.2 m

4、 D. 1.6 m.春节期间小孩子经常玩“冲天炮”，有一个被点燃的“冲天炮”向下喷出气体后竖直向上运动，其 中有一段时间内“冲天炮”向上做匀速直线运动，假设“冲天炮”在这段时间内受到的阻力不变，那么在这段时间内“冲天炮”（）A.所受的合力为零 B.受到的反冲力变小C.机械能不变D.动量变小.在光滑的水平面上停放一辆平板车，一小孩站在平板车的最左端，小孩和平板车的总质量为某 时刻小孩将一质量为根的物体沿水平向右的方向抛出，经过一段时间物体落在平板车上，此时物体和平板车 立即相对静止。物体的落地点距离小孩的水平间距为x=4m,物体的抛出点距离平板车上外表的高度为 /?=1.25 m M=19m,整

5、个过程中小孩与平板车始终保持相对静止，重力加速度g=10 m/s2o那么小孩抛出物 体的瞬间平板车的速度应为多大？爆炸碰撞不 同 点动能情况有其他形式的能转化为动 能，动能会增加弹性碰撞时动能不变，非弹性碰撞时动能要 损失，动能转化为内能相 同 点过程 特点都是物体间的相互作用突然发生，相互作用的力为变力，作用时间很短，平 均作用力很大，且远大于系统所受的外力，所以可以认为碰撞、爆炸过程中 系统的总动量守恒过程模型由于碰撞、爆炸过程相互作用的时间很短，作用过程中物体的位移很小，一 般可忽略不计，因此可以把作用过程看成理想化过程来处理，即作用后物体 仍从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动能量 情

6、况都满足能量守恒定律，总能量保持不变【例题精讲】例1 .一炮弹质量为如 相对水平方向以一定的倾角。斜向上发射，发射速度为炮弹在最高点爆炸成 两块，其中一块以原速率沿原路径返回，质量为V,求：(1)另一块爆炸后瞬间的速度大小；(2)爆炸过程系统增加的机械能。【课堂练习】1.在军事演习中，一炮弹在离地面高/2处时的速度方向恰好沿水平方向向左，速度大小为此时炮弹 炸裂成质量相等的两块，设消耗的火药质量不计，爆炸后前半块的速度方向仍沿水平方向向左，速度大小为 3。求两块弹片落地点之间的水平距离为多大。知识点二（反冲运动及分析方法）【知识梳理】一反冲.定义：一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个局部，一

7、局部向某个方向运动，另一局部必然向 相反方向运动的现象。.特点（1）物体的不同局部在内力作用下向相反方向运动。（2）反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。.反冲现象的应用和防止（1）应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。（2）防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以 减少反冲的影响。说明.反冲运动中，一般情况下内力远大于外力，故可以应用动量守恒定律分析。.反冲运动中，有其他形成的能转化为机械能，所以系统的总动能是增加的。判一判 TOC o 1-5 h z .反冲运动可以用动量守恒定律来处理

8、（）. 一切反冲现象都是有益的（）.章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理（）二、火箭1.工作原理：利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时.，使火箭获得 巨大速度。2,构造（主要有两大局部）：箭体和燃料。.特点：箭体和喷出的燃料气体满足动量守恒定律。.影响火箭获得速度大小的因素(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 0004 000 m/so(2)质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。喷气速度越大,质量比越大,火箭获 得的速度越大。注意.火箭问题一般是变质量问题，随着燃料气体向外喷出，火箭本身的质量不断减小。.分析火箭的反冲运动，喷出的气体和火箭

9、的速度大小的判断要选择同一参考系。选一选一枚火箭搭载着卫星以速率伙)进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星别离。前局部的卫星质 量为阳，后局部的箭体质量为m2,别离后箭体以速率沿火箭原方向飞行，假设忽略空气阻力及别离前后系 统质量的变化，那么别离后卫星的速率01为( )VO*V2- V1三匚R 三口三DA.伙)一。2B. Oo+02C. 00一/2 D, 。+嬴(。一力)三、反冲运动的处理方法(1)反冲运动过程中系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略，可以用动量守恒定律 分析解决问题。(2)反冲运动过程中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

10、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守恒分 析解决。四、讨论反冲运动应注意的问题(1)速度的方向性：对于原来静止的物体，抛出具有一定速度的一局部物体后，剩余局部向抛出物体速度 的反方向运动。如果原来物体是运动的，抛出局部的速度与原来反向时，剩余局部加速；抛出局部的速度与 原来同向时，剩余局部减速、静止、反向都有可能。(2)速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。但是动量守恒 定律中要求速度是对同一参考系的速度(通常为对地的速度)。因此应先将相对速度转换成对地的速度，再列 动量守恒定律方程。(3)变质量

11、问题：在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗， 火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。【例题精讲】例L一火箭喷气发动机每次喷出加=200 g的气体，气体喷出时的速度v= 000 m/s,设火箭质量M= 300 kg,发动机每秒喷气20次。（1）当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大？（2）运动第1s末，火箭的速度为多大？【课堂练习】1. （2018青岛高二检测）一质量为M的航天器，正以速度。在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的 指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体

12、，气体喷出时速度大小为加速后航天器的速度大小为力,那么喷出气体的质量m为（A.viB.V2m=;M02 十V2-VoD.。2一次).m=MV2 V1知识点三（“人船模型”问题）【知识梳理】.“人船模型”问题的特征两个原来静止的物体发生相互作用时，假设所受外力的矢量和为零，那么动量守恒。在相互作用的过程中， 任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。.处理“人船模型”问题的关键(1)处理思路：利用动量守恒，先确定两物体的速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。用动量守恒定律求位移的题目，大都是系统原来处于静止状态，然后系统内物体相互作用，此时动量 守恒表达式经常

13、写成加加202 = 0的形式，式中小、02是两物体末状态时的瞬时速率；此种状态下的动量守恒过程中，任意时刻的系统总动量为零，因此任意时刻的瞬时速度S和。2都与各 物体的质量成反比，所以全过程的平均速度也与质量成反比，即有21万22彳2 =()；如果两物体相互作用的时间为3在这段时间内两物体的位移大小分别为汨和必那么有“尸一/= 0, 即根1X1一根2 = 0。(2)解题时要画出各物体的位移关系草图，找出它们各自相对地面位移的关系。【例题精讲】例L有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右)。一位同学想用一个卷尺粗略测 定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后

14、他轻轻从船尾上船，走到船头后停下， 而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离力 再用卷尺测出船长L,他自身的质量为相，那么小船的质量 为多少？【课堂练习】.如下图，一个质量为 如=50 kg的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总 质量为及=20 kg,长绳的下端刚好和地面接触，初始静止时人离地面的高度为=5 m。如果这个人开始沿长绳向下滑动，当他滑到长绳下端时，他离地面高度约为（可以把人看成质点X）A. 5 m B. 3.6 m C. 2.6 m D. 8 m禅堂检测1 .将质量为LOO kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短 时

15、间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（）30 kg m/s30 kg m/s5.7X102 kg.m/sC. 6.0X102 kg-m/sD. 6.3 X102 kg-m/sS1（前）.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如下图，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分 别为S、8、3、S4（图中未全画出）。要使小车向前运动，可采用的方法是（）S2（后）A.翻开阀门SB.翻开阀门SC.翻开阀门S3 D.翻开阀门4.多项选择在某次军演中，炮兵使用了炮口与水平方向的夹角。可调节的迫击炮，迫击炮的总质量为 M不包括炮弹的质量），炮弹的质量为相，忽略迫击炮

16、与水平面之间的摩擦力及炮管长度。那么以下说法正确 的是（）A.如果。=0。，炮弹相对地面的速度为。时，炮身后退的速度为产M-mB.如果夕=0。，炮弹相对地面的速度为如时，炮身后退的速度为箸C.如果。=0。，炮弹相对炮口的速度为历时，炮身后退的速度为詈工 M-mD.如果9=60。，炮弹相对地面的速度为。o时，炮身后退的速度为笠VJL一辆小车置于光滑水平面上，车左端固定一水平弹簧枪，右端装一网兜。假设从弹簧枪中发射一粒弹 丸，恰好落在网兜内，小车将（空气阻力不计）（）A.向左移动一段距离停下B.在原位置没动C.向右移动一段距离停下D. 一直向左移动.某小组在探究反冲运动时，将质量为如的一个小液化瓶

17、固定在质量为m的小玩具船上，利用液化瓶 向外喷射气体作为船的动力。现将整个装置静止放在平静的水面上，翻开液化瓶后向外喷射气体的对地 速度为白，如果在某段时间内向后喷射的气体的质量为相，忽略水的阻力，那么喷射出质量为根的气体后 小船的速度是多少？.以下不属于反冲运动的是（）A.喷气式飞机的运动.物体做自由落体的运动C.火箭的运动D.还击式水轮机的运动.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.燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭.火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭C.火箭吸入空气，然后向后排出，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8.我国发射的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站实现了完美对接。假设“神舟十一号”飞船 到达对接点附近时对地的速度为此时的质量为m；欲使飞船追上“天宫二号”实现对接，飞船需加速到 飞船发动机点火，将质量为加的燃气一次性向后喷出，燃气对地向后的速度大小为。2。这个过程中， 以下各表达式正确的选项是（）A . mv=mv mozmv=mv + Nnw?mv=(m-2)01mv=(mm)v+Nmu?9.如下图，设质量为M的导弹运动到空中最高点时