2020-2021學(xué)年物理人教版選擇性第一冊(cè)教案：1.6　反沖現(xiàn)象　火箭含解析

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)教案：1.6反沖現(xiàn)象火箭含解析6反沖現(xiàn)象火箭一、反沖現(xiàn)象1定義一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分,一部分向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象2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,相互作用力一般較大，通常可以用動(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)變?yōu)闄C(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加3。反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止（1）應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時(shí),一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)(2）防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用

2、步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響兩位同學(xué)在公園里劃船，租船的時(shí)間將到,他們把小船劃向碼頭當(dāng)小船離碼頭大約1.5 m左右時(shí)，有一位同學(xué)心想:自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績從未低于2 m，跳到岸上絕對(duì)沒有問題于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里（上圖），她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢?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)故該同學(xué)相對(duì)于地的速度小于她在體育課上立定跳遠(yuǎn)時(shí)相對(duì)于地的速度，從而掉到水里二、火箭1火箭的工作原理利用反沖運(yùn)動(dòng)，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵鰰r(shí)，使火箭獲得巨大的速

3、度2影響火箭獲得速度大小的因素（1）噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2 0004 000 m/s.（2）質(zhì)量比：指火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大2011年11月1日清晨5時(shí)58分10秒，中國“長征二號(hào)f”遙八運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射，火箭將“神舟八號(hào)”飛船成功送入近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)330千米的預(yù)定軌道如圖所示為“神舟八號(hào)”發(fā)射過程中的幾個(gè)瞬間，圖甲是火箭點(diǎn)火開始飛行的瞬間,圖乙是助推器分離的瞬間，圖丙是火箭一、二級(jí)分離的瞬間現(xiàn)代使用的航天火箭幾乎都分成幾級(jí)在使用時(shí)，總是讓第一級(jí)火箭先燃燒,當(dāng)燃盡了全

4、部推進(jìn)劑以后,就被丟棄并點(diǎn)燃第二級(jí)火箭那么，為什么火箭要這樣分級(jí)制造呢？提示:分級(jí)火箭有利于提高火箭的最終速度考點(diǎn)一 對(duì)反沖現(xiàn)象的理解1反沖現(xiàn)象的特點(diǎn)及其遵循的規(guī)律（1)特點(diǎn)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加（2）反沖運(yùn)動(dòng)中，以下三種情況均可應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零,滿足動(dòng)量守恒的條件，可以用動(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問題系統(tǒng)雖然受到外力作用，但內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，外力可以忽略，也可以用動(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問題系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零，系統(tǒng)的動(dòng)量并不守恒，但系統(tǒng)在某一方向上不受外力或外力在該方向上

5、的分力之和為零，則系統(tǒng)的動(dòng)量在該方向上的分量保持不變，可以在該方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律內(nèi)力的存在不會(huì)改變系統(tǒng)的動(dòng)量，但內(nèi)力做功往往會(huì)改變系統(tǒng)的總動(dòng)能.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。反沖運(yùn)動(dòng)是作用力和反作用力都做正功的典型事例.2分析反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問題(1）速度的反向性問題對(duì)于原來靜止的整體，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?則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值(2）相對(duì)速度問題反沖運(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)速度由于動(dòng)量守恒定律中要求速度

6、為對(duì)同一參考系的速度，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)地的速度后,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【例1】一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m200 g的氣體，氣體離開發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v1 000 m/s（相對(duì)地面），設(shè)火箭質(zhì)量m300 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次求當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？【審題指導(dǎo)】本題考查反沖運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)量守恒，解題時(shí)應(yīng)注意火箭動(dòng)量的變化及動(dòng)量的方向【

7、解析】法一：噴出氣體的運(yùn)動(dòng)方向與火箭運(yùn)動(dòng)的方向相反,系統(tǒng)動(dòng)量守恒第一次氣體噴出后，火箭速度為v1，有（mm)v1mv0，所以v1；第二次氣體噴出后，火箭速度為v2,有（m2m)v2mv(mm）v1，所以v2；第三次氣體噴出后，火箭速度為v3,有(m3m)v3mv（m2m）v2，所以v3 m/s2 m/s。法二：選取整體為研究對(duì)象，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3，以火箭和噴出三次氣體為研究對(duì)象，據(jù)動(dòng)量守恒定律，得（m3m)v33mv0，所以v32 m/s?！敬鸢浮? m/s(1)火箭在運(yùn)動(dòng)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(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相

8、互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)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(duì)地的速度。(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向.反沖物體速度的方向與原物體的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。將質(zhì)量為1.00 kg的模型火箭點(diǎn)火升空,50 g燃燒的燃?xì)庖源笮?00 m/s的速度從火箭噴口在很短時(shí)間內(nèi)噴出在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動(dòng)量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽略)（a）a30 kgm/sb5.7102 kgm/sc6.0102 kgm/s d6.3102 kgm/s解析:燃?xì)鈴幕鸺龂娍趪姵龅?/p>

9、瞬間，火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g,火箭的動(dòng)量大小為p,根據(jù)動(dòng)量守恒定律，可得pmv00，解得pmv00.050 kg600 m/s30 kgm/s，選項(xiàng)a正確考點(diǎn)二 “人船模型”問題的處理 1“人船模型”問題兩個(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處理“人船模型”問題的關(guān)鍵（1）利用動(dòng)量守恒，確定兩物體速度關(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

10、m2v20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率也與質(zhì)量成反比，即有m11m220。如果兩物體相互作用時(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m1m20，即m1x1m2x20.（2）解題時(shí)要畫出各物體的位移關(guān)系草圖,找出它們各自相對(duì)地面位移的關(guān)系【例2】有一只小船停在靜水中,船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l3 m，則船在水中移動(dòng)的距離是多少？水的阻力不計(jì)【審題指導(dǎo)】【解析】選人和船組成

11、的系統(tǒng)為研究對(duì)象，由于人從船頭走到船尾的過程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒，人起步前系統(tǒng)的總動(dòng)量為0，當(dāng)人加速前進(jìn)時(shí)，船加速后退,人停下來,船也停下來設(shè)人的平均速度為人，船的平均速度為船，根據(jù)動(dòng)量守恒有m人m船0設(shè)人的位移為x人，船的位移為x船,則mm0而x人x船l聯(lián)立可得x船l3 m1 m?！敬鸢浮? m“人船模型的特點(diǎn)（1)“人”走“船”走，“人”?！按蓖＃唬?)x人l,x船l，x人,x船的大小與人運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān);（3）上式比上式得，在系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒的方向上，人、船的位移與質(zhì)量成反比載人氣球靜止于高h(yuǎn)的空中,氣球的質(zhì)量為m，人的質(zhì)量為m，若人沿繩梯滑至地面,則繩梯至少為多長?答案：h解析：

12、氣球和人原來靜止在空中，說明系統(tǒng)所受合外力為零，故系統(tǒng)在人下滑過程中動(dòng)量守恒，人著地時(shí)繩梯至少應(yīng)接觸地面，設(shè)繩梯長為l，人沿繩梯滑至地面，人的位移為x人，球的位移為x球，它們的位移狀態(tài)圖如圖所示，由平均動(dòng)量守恒有:0mx球mx人，又有x球x人l，x人h，故lh。學(xué)科素養(yǎng)提升爆炸問題炸彈的爆炸、原子核的裂變等都是同類問題，其實(shí)質(zhì)為內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)動(dòng)量守恒,動(dòng)能增加爆炸和碰撞的異同【典例】一枚質(zhì)量為m的手榴彈，在空中某點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的大小為v，方向沿水平方向手榴彈在該點(diǎn)突然炸裂成兩塊，質(zhì)量為m1的一塊沿v的反方向飛去,速度大小為v1，求另一塊炸裂后的速度v2.【解析】爆炸前，可認(rèn)為手榴彈是由質(zhì)量為

13、m1和mm1的兩塊彈片組成的手榴彈爆炸的過程，可看作是這兩塊彈片相互作用的過程由于兩塊彈片所受的爆炸力遠(yuǎn)大于它們受到的重力,所以滿足動(dòng)量守恒定律兩塊彈片在炸開前(初狀態(tài))的總動(dòng)量是mv,炸開后(末狀態(tài))的總動(dòng)量為m1v1（mm1）v2。根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mvm1v1（mm1）v2所以v2，方向與v相同【答案】,方向與v相同對(duì)于爆炸類問題，由于相互作用力是變力,用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解非常復(fù)雜，甚至根本就無法求解，但用動(dòng)量守恒定律求解時(shí)，只需要考慮過程的始末狀態(tài)，而不需要考慮過程的具體細(xì)節(jié),這正是用動(dòng)量守恒定律求解問題的優(yōu)點(diǎn)類題試解有一大炮豎直向上發(fā)射炮彈，炮彈的質(zhì)量為m6。0 kg（內(nèi)含炸藥的質(zhì)量可

14、以忽略不計(jì))，射出的初速度v060 m/s.當(dāng)炮彈到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)爆炸為沿水平方向運(yùn)動(dòng)的兩片,其中一片質(zhì)量為m4。0 kg.現(xiàn)要求這一片不能落到以發(fā)射點(diǎn)為圓心，以r600 m為半徑的圓周范圍內(nèi)，則剛爆炸完時(shí)兩彈片的總動(dòng)能至少多大？（g取10 m/s2，忽略空氣阻力）【解析】設(shè)炮彈上升到達(dá)最高點(diǎn)的高度為h，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有v2gh.設(shè)質(zhì)量為m的彈片剛爆炸后的速度為v1，另一塊的速度為v,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv1(mm）v0.設(shè)質(zhì)量為m的彈片恰好落到該圓周上,它運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有hgt2，rv1t.炮彈剛爆炸后，兩彈片的總動(dòng)能ekmv(mm)v2.解以上各式得ek.代入數(shù)值得

15、ek6.0104 j?！敬鸢浮?.0104 j1(多選)下列屬于反沖運(yùn)動(dòng)的是(acd)a噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)b直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)c火箭的運(yùn)動(dòng)d反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)解析：反沖運(yùn)動(dòng)是一個(gè)物體分裂成兩部分，兩部分朝相反的方向運(yùn)動(dòng)，故直升機(jī)不是反沖運(yùn)動(dòng)2(多選）下列哪些措施有利于增加噴氣式飛機(jī)的飛行速度（ac)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3假設(shè)一個(gè)人靜止于完全光滑的水平冰面上,現(xiàn)欲離開冰面,下列方法中可行的是(d)a向后踢腿b手臂向后甩c在冰面上滾動(dòng)d脫下外衣水平拋出解析：人向后踢腿或甩手,整體總動(dòng)量為0，腿和手停止運(yùn)動(dòng)，身體便停止運(yùn)動(dòng)，不會(huì)運(yùn)動(dòng)起來，故a、b錯(cuò)誤；因?yàn)槭峭耆饣乃奖?，沒有摩擦力，人是滾不了的，故c錯(cuò)誤；把外衣拋出，人會(huì)獲得一個(gè)反向的速度，可以離開冰面，故d正確4運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后，火箭做加速運(yùn)動(dòng)的原因是（b)a燃料燃燒推動(dòng)空氣，空氣反作用力推動(dòng)火箭b火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出，氣體的反作用力推動(dòng)火箭c火箭吸入空氣，然后向后推出，空氣對(duì)火箭的反作用力推動(dòng)火箭d火箭燃料燃燒發(fā)熱,加熱周圍空氣,空氣膨脹推動(dòng)火箭解析:火箭工作的原理是利用反沖運(yùn)動(dòng)，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵鰰r(shí)，使火箭獲得反沖速度,故選b項(xiàng)5（多選）一