反沖運動火箭(導(dǎo)學(xué)案)含答案

1、反沖運動火箭導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解反沖運動及反沖運動的典型事例2. 能夠應(yīng)用動量守恒定律分析反沖運動問題.3. 了解火箭的飛行原理及決定火箭最終速度大小的因素.【自主預(yù)習(xí)】.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 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，滿足 .3 反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止：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.防止：用槍射擊時，由于槍身的 會影響射擊的準(zhǔn)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 運動，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、

2、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵?，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 OOO4 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,質(zhì)量比 ,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 工具，如發(fā)射探測儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等.【自主預(yù)習(xí)答案】.一、1.相反.2 .動量守恒定律.3. (1)旋轉(zhuǎn).反沖.二、1.反沖、尾部.2 . (2)越大，越大.3 .運載.問題探究】一、反沖運動的理解和應(yīng)用【自學(xué)指導(dǎo)一】 在生活中常見到這樣的情形：吹飽的氣球松手后噴出氣體，同

3、時向相反方向飛去；點燃 “鉆天 猴”的藥捻，便會向后噴出亮麗的火焰，同時 “嗖 ”的一聲飛向天空；烏賊向后噴出水后，它的身體卻能向前運動，結(jié) 合這些事例，體會反沖運動的概念，并思考以下問題：(1) 反沖運動的物體受力有什么特點？(2) 反沖運動過程中系統(tǒng)的動量、機械能有什么變化？【答案】(1)物體的不同部分受相反的作用力，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(yuǎn)大于外力，所以系統(tǒng)的動量守恒；反沖運動中，由于有其他形式的能 轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，所以系統(tǒng)的機械能增加【知識深化】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

4、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的速 度就要取負(fù)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)

5、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 M = 3 kg ,水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m= 0.1 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V= 2.9 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 )?8【答案】(1)01 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

6、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+ (M- m)v'= 0/V =mM mV0.13 0.1× 2.9 m/= 0.1 m/s負(fù)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 半（M m）v"= 0mvcos 60 °M m0.1 × 2.9 × 0.53 0.1m/s= 0.05 m/s負(fù)號表示小車運動方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反，反沖速度大小是0.05

7、m/s.【舉一反三】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v。、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 ( )A 3v0 VB 2v0 3vC. 3v0 2vD 2v0+ 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，3mv0= 2mv+ mv；可得另塊的速度為V= 3V0 2v,故C正確.二、火箭的工作原理分析【自學(xué)指導(dǎo)二】1 火箭飛行的工作原理是什么？【答案】火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛

8、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?xì)獾膰娚渌俣葹?v,試求燃料燃盡后火箭飛行的最 大速度v'.【答案】在火箭發(fā)射過程中，由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以可認(rèn)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 (M m)v則由動量守恒定律得 0= mv (M m)v所以【知識深化】1 火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應(yīng)用.2 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

9、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) 列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向.【例2】一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m= 200 g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度V = 1 OOO 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

10、象，據(jù)動量守恒定律得：(M 3m)v3- 3mv= 0,故V3 = 3mv 2 m/sM 3m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：(M 20m)V20 20mv= 0,故 V20 =20mv1 -×M 20m13.5 m/s.【舉一反三】將質(zhì)量為1.00 kg的模型火箭點火升空，50 g燃燒的燃?xì)庖源笮?600 m/s的速度從火箭噴口在很短時間內(nèi)噴出.在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽略)()A. 30 kg m/sB . 5.7 × g m/sC. 6.0 × Ickg m/sD.

11、6.3 × ICkg m/s【答案】A三、反沖運動的應(yīng)用一一“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：m1 V1 m2 V2 = 0.(2)運動特點：人動船動，人停船停，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X1X2m2m1應(yīng)用此關(guān)系時要注意一個問題：公式V1、V2和X 一般都是相對地面而言的.【例3】有一只小船停在靜

12、水中，船上一人從船頭走到船尾如果人的質(zhì)量m= 60 kg ,船的質(zhì)量M = 120 kg ,船長為I = 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I X,選船后退方向為正方向，由動量守恒有：MX mLpx= 0m60所以 X= M + ml = 120 + 60× 3 m 1 m【舉一反三】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

13、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，則軟繩至少有多長？【答案】常h【解析】如圖所示，設(shè)繩長為 L,小為V 人,氣球上升的平均速度大小為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一，X球 X人V球，以向上為正方向， 由動量守恒定律得：0 = MV球一mv人，即O= Mt m t ,M + mM + mX人=h,聯(lián)立以上各式得：L = M h.因此軟繩的長度至少為M h.歸納總結(jié)】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

14、至少有一個方向的動量守恒(如水平方向或豎直方向).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.【課堂檢測】）B .直升機的運動D.章魚的運動1 下列不屬于反沖運動的是 （A 噴氣式飛機的運動C.火箭的運動【答案】B2.步槍的質(zhì)量為4.1 kg,子彈的質(zhì)量為9.6 g ,子彈從槍口飛出時的速度為855 ms,步槍的反沖速度為（）A . 2 m/sB . 1 m/sC. 3 m/sD. 4 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：Mvi mv2= 0,得v = 9.6 ×410×

15、855ms 2m/s.3 .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【答案】B4 .質(zhì)量為m、半徑為R的小球，放在半徑為 2R、質(zhì)量為2m的大空心球內(nèi)，大球開始靜止在光滑水平面上.當(dāng)小 球從如圖所示的位置無初速度沿內(nèi)壁滾到最低點時，大球移動的距離是（）RB.RRD.RRAgRC.R【答案】B（一 一 一 一 1【解析】由水平方向平均動量守恒有：mx 小

16、球=2mx大球，又X小球+ X大球=R,所以X大球=R, B正確.310、某學(xué)習(xí)小組在探究反沖運動時，將質(zhì)量為m1的一個小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動力.現(xiàn)在整個裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開瓶后向外噴射氣體的對地速度為V1,如果在t勺時間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為m,忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為m的氣體后，小船的速度是多【答案】 mvm+ m2 m解析：由動量守恒定律得:(m+ m2 m)v船一 mv= 011、課外科技小組制作一只水火箭”用壓縮空氣壓出水流使火箭運動.假如噴出的水流流量保持為2× 104 m3s,噴出速度保持為對地 10 ms.啟動前火箭總質(zhì)量為 1.4 kg，則啟動2 S末火箭的速度可以達到多少？已