新教材2024年秋高中物理第1章动量守恒定律6.反冲现象火箭学生用书无答案新人教版选择性必修第一册

6．反冲现象火箭1．通过试验相识反冲运动，能举出反冲运动的实例，知道火箭的放射是反冲现象。2．能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出说明。3．了解我国航天事业的巨大成就，增加对我国科学技术发展的自信。反冲现象1．定义原来静止的系统在________的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分向________方向运动的现象。被分别的一部分物体既可以是高速喷射出的液体、气体，也可以是固体。2．规律反冲现象中，系统内力很大，外力可忽视，满意____________。3．反冲现象的防止及应用(1)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的________，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以削减反冲的影响。(2)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________。两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5m时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成果从未低于2m，跳到岸上肯定没有问题。于是她纵身一跳，结果却掉到了水里。问题1这位同学为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？问题2这种现象属于什么物理现象？1．反冲运动的特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。(2)在反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。(3)在反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总机械能增加。2．处理反冲运动应留意的问题(1)速度的方向。对于原来静止的整体，抛出部分与剩余部分的运动方向必定相反。在列动量守恒方程时，可随意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的速度应取负值。(2)相对速度问题。在反冲运动中，有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度后，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，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必需取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的全部气体为探讨对象，取相互作用的这个过程来进行探讨。【典例1】(2024·江苏泰州中学期中)章鱼是一种软体动物，生活在水中。一悬浮在水中的章鱼，当外套膜吸满水后，它的总质量为M，突然发觉后方有一海鳗，章鱼快速将体内的水通过短漏斗状的体管在极短时间内向后喷出，喷射的水力强劲，从而快速向前逃跑。若喷射出的水的质量为m，喷射速度的大小为v0，则下列说法正确的是()A．章鱼喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统机械能守恒B．章鱼喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统动量增加C．章鱼喷水后瞬间逃跑的速度大小为mM-mvD．章鱼喷水的过程中受到水的冲量大小为Mm[思路点拨]本题的探讨对象是章鱼和喷出的水，留意章鱼喷水时要消耗自身的能量，同时还要留意速度的矢量性和相对性。[听课记录]反冲运动和碰撞、爆炸有相像之处，相互作用力常为变力，且作用力大，一般都满意内力≫外力，所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。[跟进训练]1．(2024·江苏如东中学等四校联考)一个士兵在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量为M，这个士兵用自动步枪沿水平方向射出一发质量为m的子弹，子弹离开枪口时相对步枪的速度为v，射击前皮划艇是静止的，则射出子弹后皮划艇的速度为()A．mvM-m B．C．mvM+火箭1．工作原理利用________的原理，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管快速喷出，使火箭获得巨大速度。2．影响火箭获得速度大小的因素一是________，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比。喷气速度________，质量比________，火箭获得的速度越大。由火箭的工作原理可知，与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气。多级运载火箭放射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭起先工作。问题1火箭点火后能加速上升的动力是什么力？问题2要提升运载物的最大速度可采纳什么措施？1．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向前的速度。2．分析火箭类问题应留意的三个问题(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必需取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为探讨对象。留意反冲前、后各物体质量的改变。(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，假如不是同一参考系要设法予以转换，一般状况要转换成对地的速度。(3)列方程时要留意初、末状态动量的方向。【典例2】一火箭的喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s(相对地面)，设火箭的质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次，当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大？[思路点拨]火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解。[听课记录][母题变式]在[典例2]中，若发动机每次喷出200g的气体，气体离开发动机喷出时相对火箭的速度v＝1000m/s，则当第一次气体喷出后，火箭的速度多大？火箭类反冲问题解题要领(1)两部分物体初、末状态的速度的参考系必需是同一参考系，且一般以地面为参考系。(2)要特殊留意反冲前、后各物体质量的改变。(3)列方程时要留意初、末状态动量的方向。[跟进训练]2．总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃气相对于火箭以速率u向后喷出，则火箭的速度大小为()A．v0＋muM B．v0－C．v0＋mM-m(v0＋u) D．v“人船模型”问题如图所示为一条约为180kg的小船漂移在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，不计水的阻力。问题1小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？问题2当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？问题3当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？1．“人船模型”分析如图所示，长为l、质量为m船的小船停在静水中，质量为m人的人由静止起先从船的一端走到船的另一端，不计水的阻力。以人和船组成的系统为探讨对象，在人由船的一端走到船的另一端的过程中，系统水平方向不受外力作用，所以整个系统水平方向动量守恒，可得：m船v船＝m人v人，因人和船组成的系统动量始终守恒，故有：m船x船＝m人x人，由图可看出：x船＋x人＝l，可解得：x人＝m船m人+m船l，2．“人船模型”中的规律(1)人船模型中的动力学规律：由于组成系统的两物体受到大小相同、方向相反的一对力，故两物体速度或位移与质量成反比、方向相反。这类问题的特点是两物体同时运动，同时停止。(2)人船模型中的动量与能量规律：由于系统不受外力作用，故遵守动量守恒定律，又由于相互作用力做功，故系统或每个物体动能均发生改变。用力对“人”做的功量度“人”动能的改变；力对“船”做的功量度“船”动能的改变。【典例3】(多选)(2024·山东济宁期末)如图所示，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一光滑圆弧轨道，BC段是长为L的粗糙水平轨道，两段轨道相切于B点。一质量为m的可视为质点的滑块从小车上的A点由静止起先沿轨道下滑，然后滑入BC轨道，最终恰好停在C点。已知小车质量M＝4m，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则()A．全过程滑块在水平方向上相对地面的位移大小为R＋LB．小车在运动过程中速度的最大值为gRC．全过程小车相对地面的位移大小为R+LD．μ、L、R三者之间的关系为R＝μL[听课记录][跟进训练]3．(2024·广西来宾期末)如图所示，人站在车的左端，将一质量m＝20kg的木箱推出，木箱从车的左端起先运动恰好停在车的右端。已知人和车的总质量M＝300kg(不含木箱的质量)，车长L＝3.2m，车与地面间的摩擦可以忽视。人相对于车始终静止且人和木箱都可看作质点，则在该过程中，车将左移()A．0.2m B．0.5mC．0.6m D．0.8m4．(多选)(2024·山东青岛高二期中)如图所示，载有物资的、总质量为M的热气球静止于距水平地面H高处，现将质量为m的物资以相对地面竖直向下的速度v0投出，物资落地时与热气球的距离为d。热气球所受浮力不变，重力加速度为g，不计阻力。下列说法正确的是()A．物资落地前，热气球与投出的物资组成的系统动量守恒B．投出物资后热气球做匀速直线运动C．d＝MHD．d＝H＋mM1．(2024·安徽蚌埠田家炳中学月考)一人静止于光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是()A．向后踢腿B．向后甩手C．脱下衣服或鞋子水平抛出D．脱下衣服或鞋子竖直向上抛出2．如图所示，装有炮弹的火炮总质量为m1，炮弹的质量为m2，炮弹射出炮口时对地的速率为v0，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为(设水平地面光滑)()A．m2m1vC．m2v3．质量为m、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球起先静止在光滑水平面上。当小球从如图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()A．R2B．R3C．R4．(新情境题，以空间飞行器为背景，考查反冲原理)在地球大气层以外的宇宙空间，基本上根据天体力学的规律运行的各类飞行器，称为空间飞行器。航天器是执行航天任务的主体，是航天系统的主要组成部分。由于外太空是真空的，飞行器在加速过程中一般运用反冲推动器，某种推动器在工作时利用电场加速带电粒子，形成向外放射的粒子流而对飞行器产生反冲力，由于太空阻力微小，只需一点点动力即可以达到很高的速度。我国放射的“实践九号”携带的卫星上第一次运用了上述离子电推力技术，从今为我国的航天技术开启了一扇新的大门。已知飞行器的质量为M，放射的是2价氧离子，放射功率为P，加速电压为U，每个氧离子的质量为m，元电荷为e，原来飞行器静止，不计放射氧离子后飞行器质量的改变，求：(1)射出的氧离子速度大小；(2)每秒钟射出的氧离子数；(3)射出离子后飞行器起先运动的加速度大小。