2024-2025学年新教材高中物理第一章动量守恒定律6反冲现象教案新人教版选择性必修第一册

PAGE1-反冲现象火箭学习目标知识脉络1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用．2.知道反冲运动的原理．(重点)3.驾驭应用动量守恒定律解决反冲运动问题．(重点、难点)4.了解火箭的工作原理及确定火箭最终速度大小的因素．(难点)学问点一|反冲运动eq\a\vs4\al([先填空])1．定义依据动量守恒定律，假如一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必定向相反的方向运动，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，假如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零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．eq\a\vs4\al([再推断])1．做反冲运动的两部分的动量肯定大小相等，方向相反． (√)2．一切反冲现象都是有益的． (×)3．章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理． (√)eq\a\vs4\al([后思索])1．反冲运动中，内力做功的代数和是否为零？【提示】不为零．反冲运动中，两部分受到的内力做功的代数和为正值．2．两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(如图所示)，她为什么不能如她所想的那样跳到岸【提示】这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的状况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动量守恒定律．在她向前跳起瞬间，船要向后运动．eq\a\vs4\al([合作探讨])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．探讨1：小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？【提示】摩擦力．向左运动，即与人行的方向相反．探讨2：当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？【提示】不运动．小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零．探讨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？甲乙【提示】不行能．由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向肯定相反，不行能向同一个方向运动，且人船位移比等于它们质量的反比．eq\a\vs4\al([核心点击])1．反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果．(2)条件：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零．②内力远大于外力；③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零．(3)反冲运动遵循动量守恒定律．2．探讨反冲运动应留意的两个问题(1)速度的反向性对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必定相反．(2)速度的相对性一般都指对地速度．3.“人船模型”问题(1)定义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.(2)特点①两物体满意动量守恒定律：m1v1－m2v2＝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eq\f(x1,x2)＝eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2,m1).③应用此关系时要留意一个问题：即公式中v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的．1．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采纳的方法是打开阀门________．解析：依据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为零，由0＝m水v水＋m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出．答案：S22．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共同静止在距地面为h的高空中．现从气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能平安滑到地面，则软绳至少有多长？解析：如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，L＝x人＋x球．设人下滑的平均速度大小为v人，气球上升的平均速度大小为v球，由动量守恒定律得：0＝Mv球－mv人即0＝Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x球,t)))－meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x人,t)))，0＝Mx球－mx人又有x人＋x球＝L，x人＝h解以上各式得：L＝eq\f(M＋m,M)h.答案：eq\f(M＋m,M)h解决“人船模型”应留意两点(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，留意两物体的位移是相对同一参考系的位移．学问点二|火箭eq\a\vs4\al([先填空])1．原理火箭的飞行应用了反冲的原理，靠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素一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．eq\a\vs4\al([再推断])1．火箭点火后离开地面对上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果． (×)2．在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行． (√)3．火箭放射时，火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能． (√)eq\a\vs4\al([后思索])假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？【提示】应配置喷气式飞机．喷气式飞机利用反冲运动原理，可以在真空中飞行，而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行．eq\a\vs4\al([合作探讨])如图所示，是多级运载火箭的示意图，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．探讨1：火箭点火后能加速上升的动力是什么力？【提示】燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升．探讨2：要提升运载物的最大速度可采纳什么措施？【提示】提高气体喷射速度，增加燃料质量，刚好脱离前一级火箭空壳．eq\a\vs4\al([核心点击])1.火箭的速度设火箭在Δt时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0＝mv＋Δmu，得v＝－eq\f(Δm,m)u.2.确定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比eq\f(Δm,m)两个因素．3.多级火箭由于受重力的影响，单级火箭达不到放射人造地球卫星所须要的7.9km/s，多级火箭放射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着其次级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过运用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前放射人造卫星的需求．3．运输人造地球卫星的火箭起先工作后，火箭做加速运动的缘由是()A．燃料推动空气，空气反作用力推动火箭B．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，加热四周空气，空气膨胀推动火箭解析：火箭工作中，动量守恒，当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加速，故只有B正确．答案：B4．(多选)实行下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A．使喷出的气体速度更大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解析：设火箭原来的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，剩余的质量为(M－m)，速度是v′，由动量守恒得：(M－m)v′＝mv得：v′＝eq\f(mv,M－m)，由上式可知：m越大，v越大，v′越大．故A、C正确．答案：AC5．一火箭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)，设火箭质量M＝300kg，解析：法一：喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有(M－m)v1－mv＝0所以v1＝eq\f(mv,M－m)其次次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v所以v2＝eq\f(2mv,M－2m)第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)所以v3＝eq\f(3mv,M－3m)＝eq\f(3×0.2×1000,300－3×0.2)m/s＝2m/s.法二：选取整体为探讨对象，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，以火箭和喷出三次气体为探讨对象，据动量守恒定律，得(M－3m)v3－3mv所以v3＝eq\f(3m