2024年高中物理新教材同步讲义选修第一册学习笔记第1章 6　反冲现象　火箭

6反冲现象火箭[学习目标]1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。3.掌握“人船”模型的特点，并能运用动量守恒定律分析、解决相关问题(重难点)。4.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”。一、反冲现象的理解与应用1．定义一个静止的物体在________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____________方向运动的现象。2．规律：反冲运动中，相互作用力一般较________，满足______________________________。3．反冲现象的应用及防止(1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边________。(2)防止：用枪射击时，由于枪身的________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。只有系统合外力为零时，反冲运动才能用动量守恒定律来分析，这种说法是否正确？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．反冲运动的三个特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。(2)反冲运动中，系统不受外力或内力远大于外力，遵循动量守恒定律或在某一方向上动量守恒。(3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。2．讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的方向性：对于原来静止的整体，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向运动的另一部分的速度就要取负值。(2)速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作用的两物体的相对速度，将各速度转换成相对同一参考系的速度，再列动量守恒方程。(1)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。()(2)反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子。()(3)一切反冲现象都是有益的。()例1狙击枪重M＝8kg，射出的子弹质量m为20g，若子弹射出枪口时的速度为v＝1000m/s，不计人对枪的作用力，则枪的后退速度v′是多大？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________针对训练如图，反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精灯，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m＝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v＝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°角，求小车的反冲速度。(小车一直在水平方向运动)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________二、火箭的工作原理分析1．火箭的主要用途：火箭作为运载工具，例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船。2．火箭的工作原理：火箭是利用燃气高速喷发时的反冲运动，遵循动量守恒定律。1．火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后火箭的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1，求燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．根据上述分析，讨论如何提高火箭飞行获得的速度大小。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例22021年6月17日，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，成功将神舟十二号载人飞船送入预定轨道。如果长征二号F遥十二运载火箭(包括载人飞船、航天员和燃料)的总质量为M，竖直向上由静止开始加速，每次向下喷出质量为m的燃气，燃气被喷出时相对地面的速度大小均为v，则第5次喷出燃气的瞬间，运载火箭速度大小为(忽略重力的影响)()A.eq\f(5mv,M－5m) B.eq\f(M－5mv,5m)C．(eq\f(m,M－m))5v D．(eq\f(M－m,m))5v三、“人船模型”问题一质量为M的小船静止在水面上，站在船尾的质量为m的小孩，从静止开始向左运动。求此过程中：(1)船向哪运动？当小孩速度为v时，船速多大；(2)当小孩向左移动了x时，船的位移多大；(3)小孩和船的位移大小与两者质量有什么关系；(4)若小孩从船头移动到船尾，船长为L，小孩的位移为多大。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．“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。2．人船模型的特点(1)两物体满足动量守恒定律：m人v人－m船v船＝0，在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小与质量成反比。(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，即eq\f(x人,x船)＝eq\f(m船,m人)。人和船的位移满足|x人|＋|x船|＝L。例3如图所示，物体A和B质量分别为m1和m2，图示直角边长分别为a和b。设B与水平地面无摩擦，当A由顶端O从静止开始滑到B的底端时，B的水平位移是()A.eq\f(m2,m1＋m2)b B.eq\f(m1,m1＋m2)bC.eq\f(m1,m1＋m2)(b－a) D.eq\f(m2,m1＋m2)(b－a)“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应注意：(1)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。四、爆炸问题有一炸弹突然爆炸分成了两块，在爆炸前后，系统的动量和机械能怎样变化，为什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4(2022·盐城市高二期末)如图所示，光滑水平面上甲、乙两球间粘少许炸药，一起以0.5m/s的速度向右做匀速直线运动。已知甲、乙两球质量分别为0.1kg和0.2kg。某时刻炸药突然爆炸，分开后两球仍沿原直线运动，从爆炸开始计时经过3.0s，两球之间的距离为x＝2.7m，则下列说法正确的是()A．刚分离时，甲、乙两球的速度方向相同B．刚分离时，甲球的速度大小为0.6m/sC．刚分离时，乙球的速度大小为0.3m/sD．爆炸过程中甲、乙两球增加的总机械能为0.027J例5一个质量为m的物体从高处自由下落，当物体下落h距离时突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置，不计空气阻力，求：(1)刚炸裂时另一块的速度v2。(2)爆炸中两物体增加的总机械能。______________________________________________________________________