高中物理第1章动量守恒定律6反冲现象火箭学案新人教版选择性必修第一册

6.反冲象

火学习目标:物观念]通学了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用．2.[科思维]通实例分析能够用动量守恒定律解决反冲运动问题．3.[科思维]通学习和课外阅读知道火箭的飞行原理了解我国航天技术的发展．☆阅本节教材,回答第24页问题”并梳理必要知识点材第24页题提示反原理,章鱼游泳类似于火箭的发,向后喷水的反作用力使自己前进．一、反冲现象1．定义根据动量守恒定律,如一个静的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一分向某个方向运动另一部分必然向相反方向运,这个现象叫作反冲．2．反冲原理反冲运动的基本原理是动量守恒定律,果系统的一部分获得了某一方向的动量,系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．3．公式若系统的初始动量为,则动量恒定律的形式变为＝＋v,此表明做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相,它们的速率与质量成反比．利用动量守恒定律解决反冲问题时速度通常是以地面为参考系的速度而不是系统内两物体的相对速度．二、火箭1．原理火箭的飞行应用了反冲的原理,喷出气流的反冲作用来获得巨大速度．2．影响火箭获得速度大小的因一是喷气速度,二是火箭喷出物的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大,质比越大火获得的速度越大．1．思考判断(正确的打“√错误的打“×”)(1)做反冲运动的两部分的动量定大小相,向相反．(2)章鱼、乌贼的运动利用了反的原理．(3)火箭点火后离开地面向上运是地面对火箭的反作用力作用的结果．

((-1-

(4)在没有空气的宇宙空间,火仍可加速前行．(5)火箭发射时,火箭获得的机械来自于燃料燃烧释放的化学能．

(×)((2．运送人造地球卫星的火箭开工作火箭做加速运动的原因是()A．燃料推动空气空反作用力推动火箭B．火箭发动机用力将燃料燃烧生的气体向后推,体的反作用力推动火箭C．火箭吸入空气然向后排出,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,空气膨胀推动火箭B[火箭工作中,动量守恒,当向喷气时,则火箭受一向前的推力从而使火箭加速故有B正确]3多选)2019年节上映的国科幻大片《流浪地球》中有这样的情节:为了自救,人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划,即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机,推动地球离开太阳系,用2年时间奔往另外一个栖息之地．这个科幻情节中有反冲运动的原理．现实中的下列运,属于反冲运动的()A．汽车的运动C．火箭的运动

B．直升机的运动D．反击式水轮机的运动CD[汽车的运动利用了汽车的引,不属于反冲运,故错误升的运动利用了空气的反作用力,不属于反冲运,故误；火箭的运动是利用喷气的方式获得动力,属于反冲运动故C正；反击式水机的运动利用了水的反冲作用而获得动,属于反冲运动故D正．对反冲运动的理解取一只药瓶或一个一端有孔的蛋壳在其盖上钻一小孔(盖与瓶子需密封),再取一块厚泡沫塑料参照图做成船的样子并在船上挖一凹以容纳盛酒精的容(可金属瓶)．用两段铁丝弯成环状以套住瓶的并将铁丝的端头分别插入船中．将一棉球放入容器中并倒入少量酒,在瓶中装入半瓶开水船入水中,点燃酒精棉球后一会儿产生水蒸气,当蒸从药瓶盖的孔中喷出时,小便能勇往直前了．小船向前运-2-

动体现了什么物理原理？提示:反冲原理．1．反冲运动的特点(1)物体的不同部分在内力作用向相反方向运动．(2)在反冲运动中相作用力一般较通常可以用动量守恒定律来处理．(3)在反冲运动中由有其他形式的能转化为机械,所以系统的总动能增加．2．反冲运动的应用与防止(1)利用有益的反冲运动反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出使轮由于反冲而旋转,从而带动发电机发电；喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度．(2)避免有害的反冲运动射击时子向前飞去,枪身向后生反冲这就会影响射击准确性等．3．处理反冲运动应注意的问题(1)速度的方向对于原来静止的整体抛部分与剩余部分的运动方向必然相反．在列动量守恒方程时,可任意规定某一部分的运动方向为正方则反方向的速度应取负值．(2)相对速度问题在反冲运动,有时遇到的速度是两物体的相对速度问题中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)变质量问题如在火箭的运动过程中,随燃的消耗火箭本身的质量不断减小,此必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象相互作用的这个过程为研究过程来进行研究．【例1】反小车静止放在水光滑玻璃,燃酒蒸汽将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动．如果小车运动前的总质量M＝3水喷出的橡皮塞的质量＝0.1kg.(1)若橡皮塞喷出时获得的水平度v＝2.9求车的反冲速度；(2)若橡皮塞喷出时速度大小不方向与水平方向成60°角小车的反冲速度又如(小车一直在水平方向运)思路点拨:小和橡皮塞组成的系统所受外力之和为,系统总动量为零．(2)小和橡皮塞组成的系统在水平方向动量守恒．[解析](1)以皮塞运动的方向为正方,据动量守恒定律有mv＋(－)v＝0m0.1v′＝－v＝×2.9m/s－0.1m/sM－3－0.1-3-

mm负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的方向相反．(2)以橡皮塞运动的水平分运动向为正方有mvcos60°＋(M－)″mvcos60°0.1×2.9×0.5v″＝－＝m/s－0.05m/sM－3负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反．[答案](1)0.1m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反(2)0.05m/s,方向与橡皮塞运动水平分运动的方向相反反冲运动和碰撞炸相似之相互作用力常为变且作用力,一都满足内力外力,所以反冲运动可用动量守定律来处.[跟进训练1．如图所示,自动火炮连同炮弹总质量为M当炮管水平火车在水平路面上以v的速度向右匀速行驶中发射一枚质量为m炮弹后自动火炮的速度变为v,向右行驶则炮弹相对炮筒的发射速度为()A.C.

m－＋mM－＋2mvm

M－vB.M－vD.

－－mB[炮弹相对地的速度为v＋由动量守恒定律得MvM－)＋(＋得＝Mv－m

.]火箭教材第25页思考与讨论]答案提:以飞船为参考系设物体的运动方向为正方,则小物体的动量的改变量为Δ＝Δ对人和小物体组成的系统在抛出小物体的过程中动量守恒则由动量守恒定律得0＝Δ＋Δ,则人动量的改变量为Δ＝－Δp＝－mu设人的速度的改变量为Δ,因为ΔmuΔ＝Δv则由以上表达式可知Δ＝.古代的火箭-4-

我国早在宋代就发明了火箭,在杆上捆一个前端封闭的火药筒,火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷,火箭就会向前运动．请思考(1)古代火箭的运动是否反冲运动？(2)火箭飞行利用了怎样的工作理？提示:(1)火的运动是反冲运动．(2)火箭靠向后连续喷射高速气飞,用了反冲原理．1．工作原理应用反冲运动,其冲过程动量恒．它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度．2．影响火箭最终速度大小的因(1)喷气速度:现代火箭发动机的气速度约为2000～5000m/s.(2)火箭的质量比:指箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比．现代火箭的质量比一般小于10.喷气速度越,质量比越,火获得的速度越大．3火喷气属于反冲类问题,是量守恒定律的重要应用火箭运动的过程中,随着燃料的消耗,火箭本身的质量不断小于这一类的问题可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．【例2】一箭的喷气发动机次喷出m＝200g的体气离开发动机喷出时的速度＝1000m/s(相对地面,设箭的质量＝300kg,动机每秒喷气20次,求当第三次气体喷出后火箭的速度为多大？思路点拨:火箭气属反冲现象火箭气体组成的系统动量守恒,运动量守恒定律求解．[解析]设出三次气体后火箭的速度为,以箭和喷出的三次气体为研究对,据动量守恒定律得－3)－3＝03所以＝≈2m/s.M[答案]2m/s-5-

火箭类反冲问题解题要领1．两部分物体初、末状态的速的参考系必须是同一参考且一般以地面为参考系．2．要特别注意反冲前、后各物质量的变化．3方程时要注意初态量的方,一般而,冲后两物体的运动方向是相反的．[跟进训练2质量为M的火箭以速度飞,量为m的燃气相对于火箭速率u后喷出则火箭的速度大小为()muA．＋

muB．－mmuC．＋(v＋u)D．v＋M－M－mA[设喷出气体后火箭的速度大为v则气的对地速度为v－)(火箭的速度方向为正方向,由动量守恒定律得＝(－)＋(－)mu解得＝＋,A项正确]1．物理观念:反冲运动的概念．2．科学思维:应用动量守恒定律决反冲运动．3．科学探究:通过实验探,认反冲运动．-6-

B.D.m－mB.D.m－m1．下列图片所描述的事例或应没有利用反冲运动原理的()D

[喷装置是利用水流喷出时的冲作用而运动的鱼在水中前行和转向利用了喷出的水的反冲作,火箭发射是利用喷气的方式而获得动力利用了反冲运,故A、C不符合题意；码头边轮胎的作用是延长碰撞时,而减小作用,没有利用反冲作,故D符题意．2．质量相等的甲和乙都静止在滑的水平冰面上．现在,其中一人向另一个人抛出一个篮球,另一人接球后再抛回．如反复进行几次甲和乙最后的速率关系是()A．若甲最先抛球则定是vB．若乙最后接球则定是vC．只有甲先抛球乙后接球才有>D．无论怎样抛球和接球,都是>vB[因甲、乙及篮球组成的系统量守,最终甲、乙以及篮球的动量之和必为零．根据动量守恒定律有mv＝(＋m因此最终谁接球谁的速度小,故B正,、C、D误．3．如图所示,装有炮弹的火炮总量为,炮弹的质量为m,炮弹射出炮口时对地的速率为,炮管与水平地面的夹角为θ则火炮后退的速度大小为(设平地面光)()mA.m

mvmC.

mvcosθm

mvcosθmC

[炮弹和火炮组成的系统水平方动量守恒,0＝mvcos－－),得mvcos,选项C正．-7-

2222224多选)质量为m的在质量为M的车上从左端走到右端,如图所示当与地面摩擦不计时那()A．人在车上行走若相对车突然停则车也突然停止B．人在车上行走的平均速度越则车在地面上移动的距离也越大C．人在车上行走的平均速度越则车在地面上移动的距离就越大D．不管人以什么样的平均速度车在地面上移动的距离相同AD[由于地面光滑,则人与车组的系统动量守恒:mv＝Mv,可知A正确车长为mL,由mLx＝得,x＝,车在地面上移动的位移大小与人的平均速度大小无,故＋D正,B、C均错误]5思维拓]在光滑的冰面上放一个截面为四分之一圆的半径足够大的光滑自由曲面