高中物理 16.5反沖運(yùn)動(dòng) 火箭（精講優(yōu)練課型） 新人教版選修3-5

1、5 反沖運(yùn)動(dòng)火箭,一、反沖 1.定義:一個(gè)靜止的物體在_的作用下分裂為兩部分,一部分向 某個(gè)方向運(yùn)動(dòng),另一部分必然向_的方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 2.規(guī)律:反沖運(yùn)動(dòng)中,相互作用力一般較大,滿足_,內(nèi)力,相反,動(dòng)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(shí),一邊 噴水一邊_。 (2)防止:用槍射擊時(shí),由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的_,所以用槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部,以減少反沖的影響,旋轉(zhuǎn),準(zhǔn)確性,想一想】 兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時(shí)間將到,她們 把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時(shí), 有一位同學(xué)心想:自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的 成績(jī)從未低于2m,跳到

2、岸上絕對(duì)沒有問題。于 是她縱身一跳,結(jié)果卻掉到了水里(如圖)。她 為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢?(假設(shè)起跳時(shí)船已靜止,提示:這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水阻力的情況下,所受合外力為零,在她跳前后遵循動(dòng)量守恒定律。她在跳出瞬間,船也要向后運(yùn)動(dòng),二、火箭 1.工作原理:利用_運(yùn)動(dòng),火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)?從尾部噴管迅速噴出,使火箭獲得巨大速度。 2.影響火箭獲得速度大小的兩個(gè)因素: (1)噴氣速度:現(xiàn)代火箭的噴氣速度為20004000m/s。 (2)質(zhì)量比:火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比。 噴氣_越大,_越大,火箭獲得的速度越大,反沖,速度,質(zhì)量比,3.現(xiàn)代火箭的主

3、要用途:利用火箭作為_工具,如發(fā)射探測(cè)儀器、 常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等,運(yùn)載,判一判】 (1)火箭點(diǎn)火后離開地面加速向上運(yùn)動(dòng),是地面對(duì)火箭的反作用力作用的結(jié)果。() (2)在沒有空氣的宇宙空間,火箭仍可加速前行。() 提示:(1)?；鸺c(diǎn)火后離開地面向上運(yùn)動(dòng),是由于火箭燃料燃燒產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽車姵?使火箭加速上升。 (2)。火箭運(yùn)行靠的是反沖作用,與空氣無關(guān),一、對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)的理解 思考探究: 假如在月球上建一飛機(jī)場(chǎng),應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢? 提示:應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)。噴氣式飛機(jī)利用反沖運(yùn)動(dòng)原理,可以在真空中飛行,而螺旋槳飛機(jī)是靠轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳與空氣的相互作用力飛

4、行的,不能在真空中飛行,歸納總結(jié)】 1.反沖運(yùn)動(dòng)的三個(gè)特點(diǎn): (1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。 (2)反沖運(yùn)動(dòng)中,相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,所以可以用動(dòng)量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來處理。 (3)反沖運(yùn)動(dòng)中,由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加,2.討論反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的三個(gè)問題: (1)速度的方向性:對(duì)于原來靜止的整體,當(dāng)被拋出部分具有速度時(shí),剩余部分的反沖是相對(duì)于拋出部分來說的,兩者運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí),可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?則反方向的這一部分的速度就要取負(fù)值。 (2)速度的相對(duì)

5、性:反沖運(yùn)動(dòng)的問題中,有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度。但是動(dòng)量守恒定律中要求速度是對(duì)同一慣性參考系的速度(通常為對(duì)地的速度)。因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度,再列動(dòng)量守恒定律方程,3)變質(zhì)量問題:在反沖運(yùn)動(dòng)中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng),如在火箭的運(yùn)動(dòng)過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)量不斷減小,此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象,取相互作用的這個(gè)過程為研究過程來進(jìn)行研究,典例示范】(2013福建高考)將靜置在地面上,質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空,在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過程重力和空氣阻力的影響

6、,則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是(,解題探究】 (1)火箭模型在極短時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火升空,遵循_。 (2)點(diǎn)火前后兩個(gè)狀態(tài),系統(tǒng)的動(dòng)量分別是多少? 提示:點(diǎn)火前,系統(tǒng)總動(dòng)量為零。點(diǎn)火后,若以火箭運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?火箭的動(dòng)量為(M-m)v,氣體的動(dòng)量為-mv0,系統(tǒng)的總動(dòng)量仍為零,動(dòng)量守恒定律,正確解答】選D?；鸺Ｐ驮跇O短時(shí)間點(diǎn)火,設(shè)火箭模型獲得速度 為v,據(jù)動(dòng)量守恒定律有0=(M-m)v-mv0,得v= 故選D,過關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度() A.使噴出的氣體速度增大 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,解析】

7、選A、C。設(shè)火箭的初動(dòng)量為p,原來的總質(zhì)量為M,噴出的氣 體質(zhì)量為m,速度大小是v,剩余的質(zhì)量(M-m)的速度大小是v,由動(dòng)量 守恒得出:p=(M-m)v-mv,得:v= ,由上式可知:m越大,v越大,v越大,2.(2015金華高二檢測(cè))“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(gè)質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出,到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v0、方向水平向東,在最高點(diǎn)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() A.3v0-vB.2v0-3v C.3v0-2vD.2v0+v,解析】選C。在最高點(diǎn)水平方向動(dòng)量守恒,由動(dòng)

8、量守恒定律可知,3mv0=2mv+mv,可得另一塊的速度為v=3v0-2v,故C正確,補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.裝有炮彈的大炮總質(zhì)量為M,炮彈的質(zhì)量為m,炮筒水平放置,炮彈水平射出時(shí)相對(duì)炮口的速度為v0,則炮車后退的速度大小為() 【解析】選A。設(shè)炮車后退速度大小為v1,則炮彈對(duì)地的水平速度大 小為(v0-v1),根據(jù)動(dòng)量守恒定律,0=(M-m)v1-m(v0-v1),所以v1= 故正確答案為A,2.小車靜置在光滑水平面上,站在車上的人練習(xí)打靶,人站在車的一端,靶固定在車的另一端,槍離靶的距離為d,如圖所示。已知車、人、靶和槍的總質(zhì)量為M(不包括子彈),每發(fā)子彈質(zhì)量為m,共n發(fā),每發(fā)子彈擊中靶后,就留在

9、靶內(nèi),且待前一發(fā)擊中靶后,再打下一發(fā)。打完n發(fā)后,小車移動(dòng)的距離為多少,解析】由題意知系統(tǒng)動(dòng)量守恒,前一發(fā)擊中靶后,再打下一發(fā),說明發(fā)射后一發(fā)子彈時(shí),車已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)。每發(fā)射一發(fā)子彈,車后退一段距離。每發(fā)射一發(fā)子彈時(shí),子彈動(dòng)量為mv,由動(dòng)量守恒定律有: 0=mv-M+(n-1)mV mv=M+(n-1)mV,設(shè)每發(fā)射一發(fā)子彈車后退x,則子彈相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)的距離是(d-x), 由動(dòng)量守恒定律有: m( )=M+(n-1)m 解得:x= ,則打完n發(fā)后車共后退s= 。 答案,二、“人船模型”問題 思考探究: (1)“人船模型”問題為什么不能以“船”為參考系。 提示:“人船模型”中的“船”一般先加速后

10、減速,不是慣性參考系,而動(dòng)量守恒定律中,各物體的動(dòng)量必須是相對(duì)于同一慣性系,2)“人船模型”問題中“人”啟動(dòng)時(shí)和“人”停止時(shí),“船”的受力情況如何? 提示:“人”啟動(dòng)時(shí),“船”受到“人”對(duì)它的作用力(方向與人的運(yùn)動(dòng)方向相反)而開始運(yùn)動(dòng);“人”停止時(shí),“船”受到“人”對(duì)它的制動(dòng)力而停止,歸納總結(jié)】 1.“人船模型”問題的特征:兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí),若所受外力的矢量和為零,則動(dòng)量守恒。在相互作用的過程中,任一時(shí)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.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是“人”走“船”行,“人”?！按蓖?3.處理“人船模型”問題的兩個(gè)關(guān)鍵:

11、 (1)處理思路:利用動(dòng)量守恒,先確定兩物體的速度關(guān)系,再確定兩物體通過的位移的關(guān)系。 用動(dòng)量守恒定律求位移的題目,大都是系統(tǒng)原來處于靜止?fàn)顟B(tài),然后系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用,此時(shí)動(dòng)量守恒表達(dá)式經(jīng)常寫成m1v1-m2v2=0的形式,式中v1、v2是m1、m2末狀態(tài)時(shí)的瞬時(shí)速率,此種狀態(tài)下動(dòng)量守恒的過程中,任意時(shí)刻的系統(tǒng)總動(dòng)量為零,因此任意時(shí)刻的瞬時(shí)速率v1和v2都與各物體的質(zhì)量成反比,所以全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比,即有 如果兩物體相互作用的時(shí)間為t,在這段時(shí)間內(nèi)兩物體的位移大小 分別為x1和x2,則有 =0,即m1x1-m2x2=0。 (2)畫出各物體的位移關(guān)系圖,找出它們相對(duì)地面的位移的關(guān)系,

12、4.推廣:原來靜止的系統(tǒng)在某一個(gè)方向上動(dòng)量守恒,運(yùn)動(dòng)過程中,在該方向上速度方向相反,也可應(yīng)用處理人船模型問題的思路來處理。例如,小球沿弧形槽滑下,求弧形槽移動(dòng)距離的問題,典例示范】質(zhì)量為M的熱氣球吊筐中有一質(zhì)量為m的人,共同靜止在距地面為h的高空中?，F(xiàn)從氣球上放下一根質(zhì)量不計(jì)的軟繩,為使此人沿軟繩能安全滑到地面,則軟繩至少有多長(zhǎng),解題探究】 (1)人沿軟繩下滑時(shí),系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒? 提示:系統(tǒng)所受合外力為零,故系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 (2)人沿軟繩下滑時(shí),熱氣球如何運(yùn)動(dòng)?人若安全到達(dá)地面,是否只要滿足繩長(zhǎng)等于h即可? 提示:人下滑時(shí),熱氣球上升。軟繩的長(zhǎng)度應(yīng)大于h,即繩的下端始終不離開地面,人才能安全

13、到達(dá)地面,正確解答】如圖所示,設(shè)繩長(zhǎng)為L(zhǎng),人沿軟繩滑 至地面的時(shí)間為t,由圖可知,L=x人+x球。設(shè)人下 滑的平均速度為v人,氣球上升的平均速度為v球, 由動(dòng)量守恒定律得:0=Mv球-mv人,即 0=Mx球-mx人,又有x人+x球=L,x人=h,解以上各式得:L= 答案,過關(guān)訓(xùn)練】 有一條捕魚小船?？吭诤叴a頭,小船又窄又長(zhǎng)(估計(jì)重一噸左右),一位同學(xué)想用一個(gè)卷尺粗略測(cè)定它的質(zhì)量,他進(jìn)行了如下操作:首先將船平行碼頭自由停泊,然后他輕輕從船尾上船,走到船頭后停下,而且輕輕下船,用卷尺測(cè)出船后退的距離d,然后用卷尺測(cè)出船長(zhǎng)L。已知他身體的質(zhì)量為m,則小船的質(zhì)量為多少,解析】如圖所示,設(shè)該同學(xué)在時(shí)間

14、t內(nèi)從船尾走到船頭,由動(dòng)量守恒定律知,人、船在該時(shí)間內(nèi)的平均動(dòng)量大小相等,即: 又:x人=L-d 解得:M= 答案,補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.一輛小車置于光滑水平桌面上,車左端固定一水平彈簧槍,右端安一網(wǎng)兜。若從彈簧槍中發(fā)射一粒彈丸,恰好落在網(wǎng)兜內(nèi),結(jié)果小車將(空氣阻力不計(jì))() A.向左移動(dòng)一段距離停下 B.在原位置不動(dòng) C.向右移動(dòng)一段距離停下 D.一直向左移動(dòng),解析】選A。小車靜止置于光滑水平面上,初動(dòng)量為零,且所受合外力為零,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,所以系統(tǒng)的總動(dòng)量一直為零。彈丸向右運(yùn)動(dòng)時(shí),小車向左運(yùn)動(dòng),彈丸落網(wǎng)停止后,小車也停止運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確,2.如圖所示,質(zhì)量為m的玩具蛙蹲在質(zhì)量為M的小車上的細(xì)桿

15、頂端,小車與地面的接觸光滑,車長(zhǎng)為l,細(xì)桿高h(yuǎn),直立于小車的中點(diǎn),求玩具蛙至少以多大的對(duì)地水平速度跳出才能落到地面上,解析】將玩具蛙和小車作為系統(tǒng),玩具蛙在跳離車的過程中,系統(tǒng)水 平方向的總動(dòng)量守恒,玩具蛙離開桿后,做平拋運(yùn)動(dòng),小車向后做勻速 直線運(yùn)動(dòng),在玩具蛙下降高度h的過程中,小車通過的距離與玩具蛙在 水平方向通過的距離之和等于 時(shí),玩具蛙恰能落到地面上。玩具蛙跳離桿時(shí): MvM=mvm,玩具蛙的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t,則: h= gt2 根據(jù)題意: vmt+vMt= 解得:vm= 答案,拓展例題】考查內(nèi)容:反沖運(yùn)動(dòng)問題的綜合分析 【典例示范】如圖所示,一舊式高射炮的炮筒與水平面的夾角為=60,當(dāng)它以v0=100m/s的速度發(fā)射出炮彈時(shí),炮車反沖后退,已知炮彈的質(zhì)量為m=10kg,炮車的質(zhì)量M=200kg,炮車與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2,則炮車后退多遠(yuǎn)才能停下來?(g取10m/s2,正確解答】以