2021-2022學(xué)年高二物理性必修一精講導(dǎo)學(xué)案反沖現(xiàn)象火箭（解析版）

1、第 1 頁 共 8 頁第一章動量守恒定律第6節(jié)反沖現(xiàn)象火箭教學(xué)目標(biāo)1. 通過生產(chǎn)生活中反沖現(xiàn)象的例子，體會物理就在身邊. 2. 通過對反沖高現(xiàn)象的解釋，進一步提高運用動量守恒定律分析能力. 3. 通過查閱資料，了解我國航天事業(yè)的發(fā)展和成就及當(dāng)前的航空、航天計劃. 教學(xué)重點1. 認識反沖現(xiàn)象，知道火箭的反射利用了反沖現(xiàn)象. 2. 能夠結(jié)合動量守恒定律對反沖現(xiàn)象進行解釋. 教學(xué)難點進一步提高運用動量守恒定律解決實際問題的能力. 【知識探究 】一、反沖現(xiàn)象1定義一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動的現(xiàn)象2規(guī)律： 反沖運動中，相互作用力一般較大，

2、滿足動量守恒定律3反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止：(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)(2)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的準確性，所以用槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響二、火箭1工作原理： 利用反沖運動，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣從尾部噴管迅速噴出，使火箭獲得巨大的向前的速度2影響火箭獲得速度大小的兩個因素：(1)噴氣速度：現(xiàn)代火箭的噴氣速度為2 0004 000 m/s. (2)質(zhì)量比：火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大3現(xiàn)代火箭的主要用途：利用火箭作為運載工具，如發(fā)射探測儀器、常

3、規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等第 2 頁 共 8 頁【考點深化 】一、反沖運動的理解和應(yīng)用1反沖運動的三個特點(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動(2)反沖運動中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠大于外力，所以可以用動量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動量守恒定律來處理(3)反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能，所以系統(tǒng)的總動能增加2討論反沖運動應(yīng)注意的兩個問題(1)速度的方向性：對于原來靜止的整體，當(dāng)被拋出部分具有速度時，剩余部分的反沖是相對于拋出部分來說的，兩者運動方向必然相反在列動量守恒方程時，可任意規(guī)定某一部分的運動方向為正方向，則反方向的另一部分

4、的速度就要取負值(2)速度的相對性：反沖運動的問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度但是動量守恒定律中速度是對同一慣性參考系的速度(通常為對地的速度)因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度，再列動量守恒定律方程例 1.反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上，點燃酒精，水蒸氣將橡皮塞水平噴出，小車沿相反方向運動如果小車運動前的總質(zhì)量m3 kg，水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m0.1 kg.(水蒸氣質(zhì)量忽略不計) (1)若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v2.9 m/s，求小車的反沖速度；(2)若橡皮塞噴出時速度大小不變，方向與水平方向成60 角，小車的反沖速度又如何(小車一直在水平方向運動 )? 【答案】 (

5、1)0.1 m/s，方向與橡皮塞運動的方向相反(2)0.05 m/s，方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反【解析】 (1)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)所受外力之和為零，系統(tǒng)總動量為零以橡皮塞運動的方向為正方向根據(jù)動量守恒定律，mv(mm)v 0 vmmmv0.130.1 2.9 m/s 0.1 m/s 負號表示小車運動方向與橡皮塞運動的方向相反，反沖速度大小是0.1 m/s. (2)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒以橡皮塞運動的水平分運動方向為正方向，有mvcos 60 (mm)v 0 v mvcos 60 m m0.1 2.9 0.53 0.1m/s 0.05 m/s 負號表示小車運動方向與

6、橡皮塞運動的水平分運動方向相反，反沖速度大小是0.05 m/s. 第 3 頁 共 8 頁例 2.“ 爆竹聲中一歲除，春風(fēng)送暖入屠蘇” ，爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志，是喜慶心情的流露有一個質(zhì)量為 3m 的爆竹斜向上拋出，到達最高點時速度大小為v0、方向水平向東，在最高點爆炸成質(zhì)量不等的兩塊，其中一塊質(zhì)量為2m，速度大小為v，方向水平向東，則另一塊的速度是() a3v0vb2v03vc3v02vd2v0 v【答案】 c 【解析】在最高點水平方向動量守恒，以水平向東為正方向，由動量守恒定律可知，3mv02mvmv，可得另一塊的速度為v 3v02v，故 c 正確例 3.步槍的質(zhì)量為4.1 kg， 子彈的

7、質(zhì)量為9.6 g， 子彈從槍口飛出時的速度為855 m/s， 步槍的反沖速度為() a2 m/s b1 m/s c3 m/s d4 m/s 【答案】 a 【解析】 以子彈從槍口飛出時速度的反方向為正方向，由動量守恒定律： mv1mv20， 得 v19.6 103 8554.1m/s2 m/s. 例 4.質(zhì)量為 m 的人站在質(zhì)量為2m 的平板小車上，以共同的速度在水平地面上沿直線前行，車所受地面阻力的大小與車對地面壓力的大小成正比當(dāng)車速為v0時，人從車上以相對于地面大小為v0的速度水平向后跳下跳離瞬間地面阻力的沖量忽略不計，則能正確表示車運動的vt 圖象為 () 【答案】 b 【解析】人和車以共

8、同的速度在水平地面上沿直線前行，做勻減速直線運動，當(dāng)車速度為v0時，人從車上以相對于地面大小為v0的速度水平向后跳下，跳離前后系統(tǒng)動量守恒，規(guī)定車的速度方向為正方向，則有(m2m)v02mv (mv0)，得 v2v0，人跳車后小車做勻減速直線運動，車所受地面阻力的大小與車對地面壓力的大小成正比，所以人跳車前后，車的加速度不變，所以能正確表示車運動v t 圖象的是b. 第 4 頁 共 8 頁二、火箭的工作原理分析1火箭飛行的工作原理：火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛行，利用了反沖原理2設(shè)火箭發(fā)射前的總質(zhì)量是m，燃料燃盡后的質(zhì)量為m，火箭燃氣的噴射速度為v，燃料燃盡后火箭飛行的最大速度v 的求解過程

9、：在火箭發(fā)射過程中，由于內(nèi)力遠大于外力，所以可認為動量守恒取火箭的速度方向為正方向，發(fā)射前火箭的總動量為0，發(fā)射后的總動量為mv (mm)v則由動量守恒定律得0mv (mm)v所以 v mmmvmm1 v3火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應(yīng)用4分析火箭類問題應(yīng)注意的三個問題(1)火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地的速度(3)列方程時要注意

10、初、末狀態(tài)動量的方向例 1.一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m200 g 的氣體， 氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v1 000 m/s.設(shè)火箭質(zhì)量m 300 kg，發(fā)動機每秒鐘噴氣20 次(1)當(dāng)?shù)谌螄姵鰵怏w后，火箭的速度多大？(2)運動第 1 s 末，火箭的速度多大？【答案】 (1)2 m/s(2)13.5 m/s 【解析】規(guī)定與v 相反的方向為正方向(1)設(shè)噴出三次氣體后，火箭的速度為v3，以火箭和噴出的三次氣體為研究對象，據(jù)動量守恒定律得：(m3m)v3 3mv 0，故 v33mvm3m 2 m/s(2)發(fā)動機每秒鐘噴氣20 次，以火箭和噴出的20 次氣體為研究對象，根據(jù)動量守恒定律得：(m20m

11、)v2020mv0，故 v2020mvm20m 13.5 m/s.例 2.(多選 )采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度() a使噴出的氣體速度更大b使噴出的氣體溫度更高c使噴出的氣體質(zhì)量更大d使噴出的氣體密度更小【答案】 ac 【解析】設(shè)原來的總質(zhì)量為m，噴出的氣體質(zhì)量為m，速度是v，剩余的質(zhì)量 (mm)的速度是v ，由動量第 5 頁 共 8 頁守恒得出： (mm)v mv 得： v mvmm，由上式可知：m 越大， v 越大， v越大故a、c 正確例 3.將靜置在地面上，質(zhì)量為m(含燃料 )的火箭模型點火升空，在極短時間內(nèi)以相對地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m 的熾熱氣體忽略噴氣過程

12、重力和空氣阻力的影響，則噴氣結(jié)束時火箭模型獲得的速度大小是 () a.mmv0b.mmv0c.mm mv0d.mmmv0【答案】 d 【解析】火箭模型在極短時間點火，設(shè)火箭模型獲得速度為v，規(guī)定豎直向上為正方向，據(jù)動量守恒定律有 0 (mm)vmv0，得 vmmmv0，故選 d. 三、反沖運動的應(yīng)用“ 人船模型 ”1“ 人船模型 ” 問題兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，若所受外力的矢量和為零，則動量守恒在相互作用的過程中，任一時刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比這樣的問題歸為“ 人船模型 ” 問題2人船模型的特點(1)兩物體滿足動量守恒定律：02211vmvm(2)運動特點：人動船動，人停

13、船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它們質(zhì)量的反比；人船平均速度 (瞬時速度 )比等于它們質(zhì)量的反比，即122121mmvvxx(3)應(yīng)用此關(guān)系時要注意一個問題：公式1v、2v和 x 一般都是相對地面而言的3.“ 人船模型 ” 是利用平均動量守恒求解的一類問題，解決這類問題應(yīng)明確：(1)適用條件：系統(tǒng)由兩個物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動量為零；在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運動的過程中至少有一個方向的動量守恒(如水平方向或豎直方向)(2)畫草圖：解題時要畫出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長度間的關(guān)系，注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移第 6 頁 共 8 頁例 1.有一只小船停在靜水中，船

14、上一人從船頭走到船尾如果人的質(zhì)量m60 kg，船的質(zhì)量m120 kg，船長為 l 3 m，則船在水中移動的距離是多少？水的阻力不計【答案】 1 m 【解析】人在船上走時，由于人、船組成的系統(tǒng)所受合力為零，總動量守恒，因此系統(tǒng)的平均動量也守恒，如圖所示設(shè)人從船頭到船尾的時間為t，在這段時間里船后退的距離為x，人相對地面運動的距離為lx，選船后退方向為正方向，由動量守恒有：mxtmlxt0 所以 xmmml6012060 3 m 1 m. 例 2.質(zhì)量為 m 的熱氣球吊筐中有一質(zhì)量為m 的人，它們共同靜止在距地面為h 的高空中 現(xiàn)從熱氣球上放下一根質(zhì)量不計的軟繩，為使此人沿軟繩能安全滑到地面，則軟

15、繩至少有多長？【答案】mmmh【解析】如圖所示，設(shè)繩長為l，人沿軟繩滑至地面的時間為t，由圖可知， l x人x球設(shè)人下滑的平均速度大小為v人，氣球上升的平均速度大小為v球，以向上為正方向，由動量守恒定律得：0mv球mv人，即 0 mx球tmx人t，0mx球mx人，又有 x人x球l，x人h，聯(lián)立以上各式得：lmmmh.因此軟繩的長度至少為mmmh. 例 3.一氣球由地面勻速上升，當(dāng)氣球下的吊梯上站著的人沿著梯子上爬時，下列說法正確的是() a氣球可能勻速上升b氣球可能相對地面靜止c氣球可能下降d氣球運動速度不發(fā)生變化【答案】 abc 第 7 頁 共 8 頁【解析】設(shè)氣球質(zhì)量為m，人的質(zhì)量為m，由

16、于氣球勻速上升，系統(tǒng)所受的外力之和為零，當(dāng)人沿吊梯向上爬時，動量守恒，以向上為正方向，則(mm)v0mv1mv2，在人向上爬的過程中，氣球的速度為v2m mv0mv1m.當(dāng) v20 時，氣球可勻速上升；當(dāng)v20 時，氣球靜止；當(dāng)v20 時，氣球下降所以選項a、b、c 均正確；要使氣球運動速度不變，則人的速度仍為v0，即人不上爬，顯然不對，d 選項錯誤例 4.平板車停在水平光滑的軌道上，平板車上有一人從固定在車上的貨箱邊沿水平方向順著軌道方向跳出，落在平板車地板上的a 點， a 點距貨箱水平距離為l4 m，如圖所示人的質(zhì)量為m，車連同貨箱的質(zhì)量為 m4m，貨箱高度為h1.25 m求車在人跳出后到落到地板前