（讲义）动量守恒定律5含答案2

5反冲运动火箭［学习目标］I.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.新知探究点点落实知识探究一、反冲运动［导学探究］在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，“钻天猴”便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动，结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题：新知探究点点落实(1)反冲运动的受力有什么特点？(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？答案(I)物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动.(2)反冲运动中，相互作川的内力一般情况下远大于外力，所以可以用动量守恒定律来处理；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加.［知识梳理］反冲运动.定义：如果一个静止的物体在出力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向祖区的方向运动.这个现象叫做反冲..反冲运动的特点：是物体间作用力与反作用力产生的效果..反冲运动的条件(I)系统不受外力或所受合外力为零.(2)内力远大于外力.(3)某一方向上不受外力或所受合外力为零..反冲运动遵循的规律：动量守恒定律.二、火箭［导学探究］.火箭飞行利用了怎样的工作原理？在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律？答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理.由于火箭与“高温、高压”燃气组成的系统内力很大，远大于系统所受重力及阻力，故可应用动量守恒定律..设火箭发射前的总质量是M,燃料燃尽后的质量为小，火箭燃气的喷射速度为小试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度。'.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,发射后的总动量为川加一(M-m比则由动量守恒定律得。=〃?。’.分析提高火箭飞行速度的可行办法.答案由2题可知火箭喷气获得的最大的速度加故可以用以下办法提高火箭飞行速度:(1)提高喷气速度：(2)提高火箭的质量比：(3)使用多级火箭，一般为三级.［知识梳理］.工作原理应用反冲运动，其反冲过程动量守恒.它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得店面的速度..影响火箭最终速度大小的因素(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2000〜4()()0m/s.(2)火箭的质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比.现代火箭的质量比•般小于血.喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大.题型探究重点难点各个击破一、反冲运动的应用1.反冲运动问题一般应用系统动量守恒定律列式计算.列方程时要注意初、末状态动量的方向，反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的.2.动量守恒表达式中的速度均为相对地面的速度，对“相对”速度，则要根据矢量关系转化为相对地面的速度.m11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.如果小车运动前的总质量M=3kg,水平喷出的橡皮塞的质量加=0.1kg,水蒸气质量忽略不计.(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度。=2.9m/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。夹角，小车的反冲速度乂如何(小车一直在水平方向运动)？答案(1)0.1m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反(2)0.05m/s,方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反解析(I)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零.以橡皮塞运动的方向为正方向根据动量守恒定律，niv+(M—in)v,=0v'=—°,X2.9m/s=-0.1m/s,M—m3—0.1负号表示小车运动的方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是0.1m/s.(2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒.以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有mvcos60°+(M—"=0mvcos60°,…—=-T-.m/s=-0.05m/s,M—m3—0.1负号表示小车运动的方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05m/s.二、火箭原理.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，而于这一类的问题，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..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5(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.【例21一火箭喷气发动机每次喷出机=2(X)g的气体，气体离开发动机喷出时的速度u=l(XX)m/s.设火箭总质量M=300kg,发动机每秒钟喷气20次.(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度为多大？(2)运动第1s末，火箭的速度为多大？答案(1)2m/s(2)13.5m/s解析(1)选取火箭和气体组成的系统为研究对象，运用动量守恒定律求解•.设喷出三次气体后火箭的速度为V3,以火箭和喷出的三次气体为研究对象，以火箭速度方向为正方向，据动量守恒定律得：=0,故^3=~~ni/s.(2)发动机每秒钟喷气20次，以火笳和喷出的20次气体为研究对象，以火箭速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：(M—2O〃?)so—20〃w=0,故02。=点〃产13.5m/s.三、反冲运动的应用——“人船模型”.“人船模型”问题两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒.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..人船模型的特点(1)两物体满足动量守恒定律：］一/〃232=0.(2)运动特点：人动船动，人停船停，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?=:==乎.X2v2(3)应用此关系时要注意一个问题：即公式石2和X一般都是相对地面而言的.【例31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〃?=60kg,船的质量用=120kg,船长为/=3m,则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计.答案1m解析人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒,如图所示.设人从船头到船尾的时间为/,在这段时间里船后退的距离为X,人相对地面运动的距离为/一儿选船后退方向为正方向，由动量守恒有：所以x=120+60所以x=120+60X3m=1m.L总结提升•“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应明确：⑴适用条件：①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒（如水平方向或竖直方向）.（2）画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.达标检测检测评价达标过关1.（反冲运动的认识）（多选）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I-.,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..（火箭问题的分析）一质量为M的航天器，正以速度的在太空中飞行，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，气体喷出时速度大小为劭，加速后航天器的速度大小。2,则喷出气体的质量机为（）A.eqMB.eqMC.eqMD.eqM答案C解析规定航天器的速度方向为正方向，由动量守恒定律可得：Moo=（M-〃?W2—〃助，解得〃?=丝三包M,故选C..（人船模型的迁移）质量为加、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上.当小球从如图1所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离是（）图1A.eqB.eqC.eqD.eq答案B解析由水平方向平均动量守恒有：〃tr小牛又l+x大康=R,所以x大域=qR,B正确.课时对点练注重双基强化落实考点一反冲运动的理解和应用I.（多选）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AC2.一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表面成一定倾角的直线匕行，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是（）A.探测器加速运动时，向后喷射B.探测器加速运动时，竖直向下喷射C.探测器匀速运动时，竖直向下喷射D.探测器匀速运动时，不需要喷射答案C解析探测器加速运动时，重力与喷气获得的反作用力的合力应向前，所以A、B错，探测器匀速运动时,所受合力应为零，C对，D错..如图1所示，质量为M的小船在静止水平面上以速度如向右匀速行驶，一质量为小的救生员站在船尾,相对小船静止.若救生员以相对水面速率。水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为（）图IA.奈B.。。一粉C.如+夕的+。）D.。（）+夕。0-。）答案C解析根据动量守恒定律，选向右为正方向，则有—mv,解得。'=%+o+。），故选项C正确..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，若前后舱不分开，前后舱和水是一个整体，则船不动..如图3所示，装有炮弹的大炮总质量为M,炮弹的质量为加，炮筒水平放置，炮弹水平射出时相对地面的速率为。o,则炮车后退的速率为（）57777z7Z77777z,77图3A.eq?PoB.eqC.eqD.Vo答案C解析炮弹离开炮口时，炮弹和炮车在水平方向受到的外力相对于内力可忽略不计，则系统在水平方向动量守恒.取炮车后退的方向为正，以炮弹和炮车组成系统为研究对象，根据水平方向动量守恒有：（“一〃?）。'—mv（）=O解得炮车后退的速率为加考点二火箭问题的分析.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，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..竖直发射的火箭质量为6X103kg.己知每秒钟喷出气体的质量为200kg.若要使火箭获得大小为20.2m/s\方向向上的加速度，则喷出气体的速度大小最接近（）A.700m/sB.800m/sC.900m/sD.1000m/s答案C.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如竖直向下喷出质量为机的炽热气体.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.eq%B.eqVoC.eqVoD.eqVo答案D解析设火箭模型获得的速度为o,规定竖直向上为正方向，据动量守恒定律有（）=（"一机）0—〃?。0,得。=T7Vo,故选D.M一〃i.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.假如喷出的水流流量保持为2X10rnf/s,喷出速度保持为对地10m/s.启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少？（已知火箭沿水平轨道运动且阻力不计，水的密度是l（Pkg/m3）答案4m/s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p,水流的喷出速度为火箭的反冲速度为。'，由动量守恒定律得（M—p0/）o'=pQtv,火箭启动后2s末的速度为v'pQtv101X2X1()-4X2X10==1.4—1。3X2XI0-4x2m/s=4