1-6-反冲现象-火箭(人教版2019版选择性必修第一册)-(原卷版)

1.6反冲现象火箭学习目标：1．会应用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题；2．知道火箭的原理及应用。重点：反冲运动的处理。难点：火箭的原理。知识点一、反冲运动1．定义：一个静止的物体在内力的作用下分为两部分，一部分向某个方向运动，另外一个部分必然向相反方向运动，这个现象叫反冲运动。2．三个特点（1）两部分在内力作用下向相反方向运动。（2）内力往往远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以系统动量守恒或在某一方向动量守恒。（3）系统的机械能增加，因为有其他形式的能转化为机械能。【题1】下列几种运动模型不属于反冲现象的是A．B．C．D．【题2】以下实例中不是利用反冲现象的是A．当枪发射子弹时，枪身会同时向后运动B．乌贼向前喷水从而使自己向后游动C．火箭中的火药燃烧向下喷气推动自身向上运动D．战斗机在紧急情况下抛出副油箱以提高机身的灵活性3．反冲运动遵循的规律—动量守恒定律。4．分析反冲运动应该注意的两个问题（1）速度的方向性：对于原来静止的整体，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向，则反方向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，由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度，通常为对地的速度。因此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：在反冲运动中，由于原来的物体分为两部分（或多个部分），这样，对于原来的物体质量发生变化。5．反冲运动的应用及防止（1）应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。（2）防止：用枪射击时，由于枪身的反冲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。【题3】（多选）光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面体A，斜面体质量为M、底边长为L，如图所示。将一质量为m、可视为质点的滑块B从斜面的顶端由静止释放，滑块B经过时间t刚好滑到斜面底端。此过程中斜面对滑块的支持力大小为FN，则下列说法中正确的是A．FN=mgcosαB．滑块下滑过程中支持力对B的冲量大小为FNtC．滑块B下滑的过程中A、B组成的系统动量守恒D．此过程中斜面体向左滑动的距离为【题4】如图略不计）（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）【题5】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。假如喷出的水流速度为10m/s（对地），水流流量保持2.0×10－4m3/s，启动前火箭的总质量为1.4kg。则启动2s末火箭的速度可达到多少？（已知火箭沿水平方向运动时轨道的阻力不计，水的密度ρ水＝1×103kg/m3）知识点二、火箭1．火箭：现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器。2．火箭的工作原理：火箭是利用了反冲原理。当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的高速气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，即mΔv+Δmu=0，解得Δv=−，火箭获得大小相等、方向相反的动量。因而发生连续的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。3．影响火箭速度大小的因素：根据Δv=−可知，火箭性能参数与喷气速度u和火箭质量比有关。（1）喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s，提高到u在2000~4000m/s需很高的技术水平。（2）质量比：火箭开始飞行时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比，现代火箭能达到的质量比不超过10。4．分析火箭类问题应注意的三个问题（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，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。（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，如果不是同一参考系要设法予以转换，一般情况要转换成对地的速度。（3）列方程时要注意初、末状态动量的方向。5．现代火箭的主要用途：利用火箭作为运载工具，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等。【题6】如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2D．v0＋eq\f(m2,m1)（v0－v2）【题7】一个宇航员连同装备的总质量为100kg，在空间跟飞船相距45m处相对飞船处于静止状态，他带有一个装有0.5kg氧气的贮氧筒，贮氧筒上有一个可以使氧气以50m/s的速度喷出的喷嘴。宇航员必须向着跟返回飞船方向相反的方向释放氧气，才能回到飞船上，同时又必须保留一部分氧气供他在返回飞船的途中呼吸，已知宇航员呼吸的耗氧率为2.5×10－4kg/s，试问瞬间喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？【题8】一火箭喷气式发动机每次喷出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，发动机每秒喷气20次。求当经过三次气体喷出后，火箭的速度？知识点三、反冲运动的应用——“人船模型”的处理方法1．“人船模型”问题的特征：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．处理“人船模型”问题的关键（1）利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。由于动量守恒，所以任一时刻系统的总动量为零，动量守恒式可写成m1v1＝m2v2的形式（v1、v2为两物体的瞬时速率），表明任意时刻的瞬时速率都与各物体的质量成反比。所以全过程的平均速度也与质量成反比。进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。（2）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。（3）适用条件—“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题。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，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。3．“人船模型”的推论（1）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(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。（2）x人＝eq\f(M,M＋m)L，x船＝eq\f(m,M＋m)L，即x人、x船大小与人运动时间和运动状态无关。（3）由上面可得eq\f(x人,x船)＝eq\f(M,m)，人、船的位移（在系统满足动量守恒的方向上的位移）与质量成反比。【题9】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m＝60kg，船的质量M＝120kg，船长为l＝3m，则船在水中移动的距离是多少？（水的阻力