2020-2021物理選擇性第一冊學案：第1章 6 反沖現(xiàn)象火箭含解析

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學年物理新教材人教版選擇性必修第一冊學案：第1章6反沖現(xiàn)象火箭含解析6.反沖現(xiàn)象火箭學習目標：1.［物理觀念]通過學習了解反沖運動和反沖運動在生活中的應用．2.[科學思維]通過實例分析,能夠應用動量守恒定律解決反沖運動問題．3.[科學思維]通過學習和課外閱讀,知道火箭的飛行原理，了解我國航天技術的發(fā)展．☆閱讀本節(jié)教材，回答第24頁“問題"并梳理必要知識點．教材第24頁問題提示：反沖原理，章魚游泳類似于火箭的發(fā)射，靠向后噴水的反作用力使自己前進．一、反沖現(xiàn)象1．定義根據(jù)動量守恒定律,如果一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分,一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動,這個現(xiàn)象叫作反沖．2．反沖原理反沖運動的基本原理是動量守恒定律,如果系統(tǒng)的一部分獲得了某一方向的動量，系統(tǒng)的其他部分就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動量．3．公式若系統(tǒng)的初始動量為零，則動量守恒定律的形式變?yōu)?＝m1v1＋m2v2，此式表明,做反沖運動的兩部分的動量大小相等、方向相反，而它們的速率與質(zhì)量成反比．利用動量守恒定律解決反沖問題時，速度通常是以地面為參考系的速度，而不是系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相對速度．二、火箭1．原理火箭的飛行應用了反沖的原理，靠噴出氣流的反沖作用來獲得巨大速度．2．影響火箭獲得速度大小的因素一是噴氣速度，二是火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(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．1．思考判斷（正確的打“√"，錯誤的打“×"）（1）做反沖運動的兩部分的動量一定大小相等,方向相反． （√）(2)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理． (√)（3)火箭點火后離開地面向上運動，是地面對火箭的反作用力作用的結果． （×)（4）在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行． (√)(5）火箭發(fā)射時，火箭獲得的機械能來自于燃料燃燒釋放的化學能． （√）2．運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后,火箭做加速運動的原因是（）A．燃料推動空氣，空氣反作用力推動火箭B．火箭發(fā)動機用力將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出，氣體的反作用力推動火箭C．火箭吸入空氣，然后向后排出，空氣對火箭的反作用力推動火箭D．火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周圍空氣,空氣膨脹推動火箭B[火箭工作中，動量守恒，當向后噴氣時，則火箭受一向前的推力從而使火箭加速,故只有B正確．]3．(多選）2019年春節(jié)上映的國產(chǎn)科幻大片《流浪地球》中有這樣的情節(jié)：為了自救,人類提出一個名為“流浪地球”的大膽計劃,即傾全球之力在地球表面建造上萬座發(fā)動機，推動地球離開太陽系,用2500年的時間奔往另外一個棲息之地．這個科幻情節(jié)中有反沖運動的原理．現(xiàn)實中的下列運動，屬于反沖運動的有()A．汽車的運動 B．直升機的運動C．火箭的運動 D．反擊式水輪機的運動CD［汽車的運動利用了汽車的牽引力,不屬于反沖運動，故A錯誤；直升機的運動利用了空氣的反作用力，不屬于反沖運動,故B錯誤；火箭的運動是利用噴氣的方式獲得動力的，屬于反沖運動，故C正確；反擊式水輪機的運動利用了水的反沖作用而獲得動力,屬于反沖運動,故D正確．]對反沖運動的理解取一只藥瓶或一個一端有孔的蛋殼，在其蓋上鉆一小孔(瓶蓋與瓶子需密封)，再取一塊厚泡沫塑料,參照圖做成船的樣子，并在船上挖一凹坑，以容納盛酒精的容器(可用金屬瓶蓋）．用兩段鐵絲，彎成環(huán)狀以套住瓶的兩端，并將鐵絲的端頭分別插入船中．將一棉球放入容器中，并倒入少量酒精,在瓶中裝入半瓶開水．將船放入水中,點燃酒精棉球后一會兒產(chǎn)生水蒸氣，當水蒸氣從藥瓶蓋的孔中噴出時，小船便能勇往直前了．小船向前運動體現(xiàn)了什么物理原理？提示：反沖原理．1．反沖運動的特點（1）物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動．（2）在反沖運動中，相互作用力一般較大，通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚恚?)在反沖運動中，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．反沖運動的應用與防止(1)利用有益的反沖運動反擊式水輪機是使水從轉(zhuǎn)輪的葉片中流出,使轉(zhuǎn)輪由于反沖而旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機發(fā)電；噴氣式飛機和火箭都是靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度．(2)避免有害的反沖運動射擊時，子彈向前飛去,槍身向后發(fā)生反沖，這就會影響射擊準確性等．3．處理反沖運動應注意的問題(1）速度的方向?qū)τ谠瓉盱o止的整體，拋出部分與剩余部分的運動方向必然相反．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，則反方向的速度應取負值．(2）相對速度問題在反沖運動中,有時遇到的速度是兩物體的相對速度．此類問題中應先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程．（3）變質(zhì)量問題如在火箭的運動過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程來進行研究．【例1】反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上，點燃酒精，蒸汽將橡皮塞水平噴出，小車沿相反方向運動．如果小車運動前的總質(zhì)量M＝3kg，水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m＝0。1kg.(1)若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v＝2。9m/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）？思路點撥：(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．(2）小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)在水平方向動量守恒．［解析］（1）以橡皮塞運動的方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有mv＋（M－m)v′＝0v′＝－eq\f(m,M－m)v＝－eq\f(0。1，3－0.1)×2。9m/s＝－0.1m/s負號表示小車的運動方向與橡皮塞運動的方向相反．(2)以橡皮塞運動的水平分運動方向為正方向，有mvcos60°＋(M－m)v″＝0v″＝－eq\f（mvcos60°,M－m）＝－eq\f(0。1×2.9×0.5,3－0。1）m/s＝－0。05m/s負號表示小車的運動方向與橡皮塞運動的水平分運動的方向相反．［答案](1)0。1m/s,方向與橡皮塞運動的方向相反（2)0.05m/s,方向與橡皮塞運動的水平分運動的方向相反反沖運動和碰撞、爆炸有相似之處，相互作用力常為變力，且作用力大，一般都滿足內(nèi)力?外力，所以反沖運動可用動量守恒定律來處理。eq\o(［跟進訓練])1．如圖所示，自動火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M,當炮管水平,火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中，發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后，自動火炮的速度變?yōu)関2,仍向右行駛，則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為(）A.eq\f（mv1－v2＋mv2,m) B。eq\f（Mv1－v2，m)C。eq\f(Mv1－v2＋2mv2，m） D.eq\f(Mv1－v2－mv1－v2，m）B［炮彈相對地的速度為v0＋v2.由動量守恒定律得Mv1＝(M－m）v2＋m(v0＋v2），得v0＝eq\f（Mv1－v2,m）。]火箭教材第25頁［思考與討論］答案提示：以飛船為參考系，設小物體的運動方向為正方向，則小物體的動量的改變量為Δp1＝Δmu對人和小物體組成的系統(tǒng)，在人拋出小物體的過程中動量守恒，則由動量守恒定律得0＝Δp1＋Δp2，則人的動量的改變量為Δp2＝－Δp1＝－Δmu.設人的速度的改變量為Δv，因為Δp2＝mΔv，則由以上表達式可知Δv＝－eq\f(Δmu，m).古代的火箭我國早在宋代就發(fā)明了火箭，在箭桿上捆一個前端封閉的火藥筒，火藥點燃后生成的燃氣以很大的速度向后噴出，火箭就會向前運動．請思考：(1）古代火箭的運動是否為反沖運動？(2）火箭飛行利用了怎樣的工作原理？提示：（1)火箭的運動是反沖運動．(2）火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛行,利用了反沖原理．1．工作原理應用反沖運動，其反沖過程動量守恒．它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度．2．影響火箭最終速度大小的因素(1)噴氣速度：現(xiàn)代火箭發(fā)動機的噴氣速度約為2000～5000m/s。(2）火箭的質(zhì)量比：指火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比．現(xiàn)代火箭的質(zhì)量比一般小于10.噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大．3．火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應用．在火箭運動的過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，對于這一類的問題，可選取火箭本身和在相互作用的時間內(nèi)噴出的全部氣體為研究對象，取相互作用的整個過程為研究過程，運用動量守恒的觀點解決問題．【例2】一火箭的噴氣發(fā)動機每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v＝1000m/s(相對地面），設火箭的質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣20次，求當?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度為多大?思路點撥：火箭噴氣屬反沖現(xiàn)象，火箭和氣體組成的系統(tǒng)動量守恒，運用動量守恒定律求解．[解析]設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(M－3m)v3－3mv所以v3＝eq\f（3mv,M－3m)≈2m/s。［答案]2m/s火箭類反沖問題解題要領1．兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系必須是同一參考系，且一般以地面為參考系．2．要特別注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化．3．列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向，一般而言，反沖后兩物體的運動方向是相反的．eq\o([跟進訓練]）2．總質(zhì)量為M的火箭以速度v0飛行，質(zhì)量為m的燃氣相對于火箭以速率u向后噴出,則火箭的速度大小為()A．v0＋eq\f(mu，M) B．v0－eq\f（mu，M）C．v0＋eq\f（m,M－m)(v0＋u） D．v0＋eq\f（mu，M－m）A[設噴出氣體后火箭的速度大小為v，則燃氣的對地速度為（v－u)(取火箭的速度方向為正方向),由動量守恒定律，得Mv0＝（M－m)v＋m（v－u)解得v＝v0＋eq\f(mu,M），A項正確．]1．物理觀念:反沖運動的概念．2．科學思維：應用動量守恒定律解決反沖運動．3．科學探究:通過實驗探究，認識反沖運動．

1．下列圖片所描述的事例或應用中，沒有利用反沖運動原理的是（)D［噴灌裝置是利用水流噴出時的反沖作用而運動的，章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向利用了噴出的水的反沖作用,火箭發(fā)射是利用噴氣的方式而獲得動力的，利用了反沖運動，故A、B、C不符合題意；碼頭邊輪胎的作用是延長碰撞時間，從而減小作用力，沒有利用反沖作用,故D符合題意．]2．質(zhì)量相等的甲和乙都靜止在光滑的水平冰面上．現(xiàn)在，其中一人向另一個人拋出一個籃球,另一人接球后再拋回．如此反復進行幾次后，甲和乙最后的速率關系是()A．若甲最先拋球,則一定是v甲>v乙B．若乙最后接球,則一定是v甲〉v乙C．只有甲先拋球，乙最后接球,才有v甲>v乙D．無論怎樣拋球和接球，都是v甲>v乙B[因甲、乙及籃球組成的系統(tǒng)動量守恒，故最終甲、乙以及籃球的動量之和必為零．根據(jù)動量守恒定律有m1v1＝（m2＋m球）v2，因此最終誰接球誰的速度小,故B正確，A、C、D錯誤．]3．如圖所示,裝有炮彈的火炮總質(zhì)量為m1,炮彈的質(zhì)量為m2，炮彈射出炮口時對地的速率為v0，若炮管與水平地面的夾角為θ，則火炮后退的速度大小為(設水平地面光滑）（）A.eq\f(m2，m1)v0 B.eq\f（m2v0，m1－m2)C.eq\f(m2v0cosθ，m1－m2) D.eq\f（m2v0cosθ,m1）C[炮彈和火炮組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒，0＝m2v0cosθ－（m1－m2）v，得v＝eq\f（m2v0cosθ，m1－m2），選項C正確．］4．(多選）質(zhì)量為m的人在質(zhì)量為M的小車上從左端走到右端，如圖所示，當車與地面摩擦不計時,那么(）A．人在車上行走，若人相對車突然停止,則車也突然停止B．人在車上行走的平均速度越大，則車在地面上移動的距離也越大C．人在車上行走的平均速度越小，則車在地面上移動的距離就越大D．不管人以什么樣的平均速度行走,車在地面上移動的距離相同AD［由于地面光滑，則人與車組成的系統(tǒng)動量守恒得：mv人＝Mv車，可知A正確;設車長為L，由m（L－x車）＝Mx車得，x車＝eq\f(m,M＋m)L，車在地面上移動的位移大小與人的平均速度大小無關，故D正確,B、C均錯誤．］5．[思維拓展]在光滑的冰面上，放置一個截面為四分之一圓的半徑足夠大的光滑自由曲面，一個坐在冰車上的小孩手扶一小球靜止在冰面上．某時刻小孩將小球以v0的速度向曲面推出，如圖所示．已知小孩和冰車的總質(zhì)量為m1＝40kg,小球質(zhì)量為m2＝2kg，若小孩將球推出后還能再接到小球，求曲面質(zhì)量m3應滿足的條件．[解析］人推球過程動量守恒，即0＝m2v0－m1v1對于小