第十六章學(xué)案7

1、學(xué)案7反沖運動火箭目標(biāo)定位 1.了解反沖運動的概念及反沖運動的一些應(yīng)用.2.理解反沖運動的原理，能夠應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運動問題.3.了解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素一、反沖問題設(shè)計把一個氣球吹起來，用手捏住氣球的吹氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，簡述觀察到的現(xiàn)象答案氣體向后運動，氣球向前運動要點提煉1定義：如果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這個現(xiàn)象叫做反沖2反沖運動的特點及遵循的規(guī)律(1)特點：物體間作用力與反作用力產(chǎn)生的效果(2)遵循的規(guī)律：反沖運動是內(nèi)力作用的結(jié)果，雖然有時系統(tǒng)所受的合外力不為零，但由于系統(tǒng)內(nèi)

2、力遠(yuǎn)大于外力，所以可以認(rèn)為系統(tǒng)的總動量是守恒的3注意的問題(1)速度的反向性：原來靜止的整體，拋出部分具有速度時，剩余部分反沖速度的方向與拋出部分相反(2)速度的相對性：一般指對地速度二、火箭問題設(shè)計設(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)獾膰娚渌俣葹関，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(Mm)v則由動量守恒定律得mv(Mm)v0所以vvv要點提煉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?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵觯够鸺@得向前的速度2

3、火箭燃料燃盡時火箭獲得的最大速度由噴氣速度和質(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)兩個因素決定3火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應(yīng)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三、“人船模型”探究問題設(shè)計如圖1所示，長為L、質(zhì)量為M的小船停在靜水中，質(zhì)量為m的人從靜止開始從船頭走到船尾，不計水的阻力，求船和人相對地面的位移各為多少？圖1答案設(shè)任一時刻人與船相對地面的速度大小分別為v1、v2，作用前都靜止因整個過程中動

4、量守恒，所以有mv1Mv2而整個過程中的平均速度大小為、，則有mM.兩邊乘以時間t有mtMt，即mx1Mx2.且x1x2L，可求出x1 L，x2 L.要點提煉1兩物體滿足動量守恒定律：m11m220.2運動特點：人動船動，人靜船靜，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.3應(yīng)用此關(guān)系時要注意一個問題：即公式中v、和x一般都是相對地面而言的一、反沖運動的應(yīng)用例1一個靜止的質(zhì)量為M的不穩(wěn)定原子核，當(dāng)它放射出質(zhì)量為m、速度為v的粒子后，原子核剩余部分的速度為()Av B.C. D.解析以原子核為一系統(tǒng)，放射過程中由動量守恒定律(M

5、m)vmv0得v.答案B例2如圖2所示，水平地面上放置一門大炮，炮身質(zhì)量為M，炮筒與水平方向成角，今相對地面以速度v發(fā)射一炮彈，若炮彈質(zhì)量為m，求炮身的后退速度圖2解析炮彈和炮身組成的系統(tǒng)在水平方向動量守恒，以炮彈的水平速度方向為正方向，由動量守恒定律可知：0mvcos Mv解得v，方向與炮彈的水平速度方向相反答案，方向與炮彈的水平速度方向相反二、火箭問題的分析例3一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m200 g的氣體，氣體離開發(fā)動機(jī)時速度v1 000 m/s，設(shè)火箭質(zhì)量M300 kg，發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次，求：(1)當(dāng)?shù)?次氣體噴出后，火箭的速度多大？(2)運動第1 s末，火箭的速度多大？解析由于每次噴

6、氣速度都一樣，可選整體為研究對象，運用動量守恒定律來求解(1)設(shè)噴出3次氣體后火箭的速度為v3，以火箭和噴出的3次氣體為研究對象，根據(jù)動量守恒定律可得(M3m)v33mv0解得v32 m/s(2)以火箭和噴出的20次氣體為研究對象，根據(jù)動量守恒定律可得(M20m)v2020mv0得v2013.5 m/s答案(1)2 m/s(2)13.5 m/s三、“人船模型”的應(yīng)用例4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，則船在水中移動的距離是多少？水的阻力不計解析人在船上走時，由于人、船系統(tǒng)所受合力為零，總動量守恒，因此系統(tǒng)的平均動量也

7、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，人相對地面運動距離為lx，選船后退方向為正方向，由動量守恒有：Mm0所以xl×3 m1 m.答案1 m反沖運動火箭1(反沖運動的認(rèn)識)下列屬于反沖運動的是()A噴氣式飛機(jī)的運動B直升機(jī)的運動C火箭的運動D反擊式水輪機(jī)的運動答案ACD解析反沖運動是一個物體分裂成兩部分，兩部分向相反方向的運動，故直升機(jī)的運動不是反沖運動2(反沖運動的應(yīng)用)假設(shè)一個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()A向后踢腿B手臂向后甩C在冰面上滾動D脫下外衣水平拋出答案D解析向后踢腿和手臂向后甩，都是人體間的內(nèi)力，不

8、會使人前進(jìn)在光滑冰面上由于不存在摩擦力，故無法完成滾動動作而拋出衣服能獲得反方向的速度，故可滑離冰面3(火箭問題的分析)靜止的實驗火箭，總質(zhì)量為M，當(dāng)它以對地速度v0噴出質(zhì)量為m的高溫氣體后，火箭的速度為()A. BC. D答案B解析由動量守恒定律得mv0(Mm)v0.火箭的速度為v.選項B正確4. (“人船模型”的應(yīng)用)如圖3所示，載人氣球原來靜止在空中，與地面距離為h，已知人的質(zhì)量為m，氣球的質(zhì)量(不含人的質(zhì)量)為M.若人要沿輕繩梯返回地面，則繩梯的長度至少為多長？圖3答案h解析人與氣球組成的系統(tǒng)動量守恒設(shè)人到地面時，氣球上升高度為H，如圖所示由動量守恒定律得：MHmh，解得：Hh.所以繩

9、梯的長度至少為LHhh.題組一反沖運動的理解和應(yīng)用1下列哪些措施有利于增加噴氣式飛機(jī)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答案AC2關(guān)于反沖運動的說法中，正確的是()A拋出物m1的質(zhì)量要小于剩下的質(zhì)量m2才能獲得反沖B若拋出質(zhì)量m1大于剩下的質(zhì)量m2，則m2的反沖力大于m1所受的力C反沖運動中，牛頓第三定律適用，但牛頓第二定律不適用D對拋出部分和剩余部分都適用于牛頓第二定律答案D解析反沖運動是指由于系統(tǒng)的一部分物體向某一方向運動，而使另一部分向相反方向運動定義中并沒有確定兩部分物體之間的質(zhì)量關(guān)系，故選項A錯誤在反沖運動中，兩部分之

10、間的作用力是一對作用力與反作用力，由牛頓第三定律可知，它們大小相等、方向相反，故選項B錯誤在反沖運動中一部分受到的另一部分的作用力產(chǎn)生了該部分的加速度，使該部分的速度逐漸增大，在此過程中對每一部分牛頓第二定律都成立，故選項C錯誤，選項D正確3小車上裝有一桶水，靜止在光滑水平地面上，如圖1所示，桶的前、后、底及側(cè)面各裝有一個閥門，分別為S1、S2、S3、S4(圖中未畫出)，要使小車向前運動，可采用的方法是()圖1A打開閥門S1 B打開閥門S2C打開閥門S3 D打開閥門S4答案B解析據(jù)水和車組成的系統(tǒng)動量守恒，原來系統(tǒng)動量為0，由0m水v水m車v車知，車的運動方向與水的運動方向相反，故水應(yīng)向后噴出

11、4如圖2所示，船靜止在平靜的水面上，船前艙有一抽水機(jī)把前艙的水均勻的抽往后艙，不計水的阻力，下列說法中正確的是()圖2A若前后艙是分開的，則前艙將向后加速運動B若前后艙是分開的，則前艙將向前加速運動C若前后艙不分開，則船將向后加速運動D若前后艙不分開，則船將向前加速運動答案B解析前后艙分開時，前艙和抽出的水相互作用，靠反沖作用前艙向前加速運動，若不分開，前后艙和水是一個整體，則船不動題組二火箭問題的分析5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燃料燃燒推動空氣，空氣反作用力推動火箭B火箭發(fā)動機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后噴出，氣體的反作用力推動火箭C火箭吸入空氣，然后向后排出

12、，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B解析火箭的工作原理是利用反沖運動，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵鰰r，使火箭獲得反沖速度，故正確選項為B.6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.v0 B.v0 C.v0 D.v0答案D解析火箭模型在極短時間內(nèi)點火，設(shè)火箭模型獲得速度為v，據(jù)動量守恒定律有0(Mm)vmv0，得vv0，故選D.7豎直發(fā)射的火箭質(zhì)量為6×103 k

13、g.已知每秒鐘噴出氣體的質(zhì)量為200 kg.若要使火箭獲得20.2 m/s2的向上加速度，則噴出氣體的速度大小應(yīng)為()A700 m/s B800 m/sC900 m/s D1 000 m/s答案C解析火箭和噴出的氣體動量守恒，即每秒噴出氣體的動量等于火箭每秒增加的動量，即m氣v氣m箭v箭，由動量定理得火箭獲得的動力F200v氣，又Fm箭gm箭a，得v氣900 m/s.題組三“人船模型”的應(yīng)用8某人站在靜止于水面的船上，從某時刻開始，人從船頭走向船尾，水的阻力不計，則()A人勻速運動，船則勻速后退，兩者的速度大小與它們的質(zhì)量成反比B人走到船尾不再走動，船也停止不動C不管人如何走動，人在行走的任意

14、時刻人和船的速度方向總是相反，大小與它們的質(zhì)量成反比D船的運動情況與人行走的情況無關(guān)答案ABC解析由動量守恒定律可知，A、B、C正確9如圖3所示，一輛小車靜置于光滑水平面上，車的左端固定有一個水平彈簧槍，車的右端有一個網(wǎng)兜若從彈簧槍中發(fā)射出一粒彈丸，彈丸恰好能落入網(wǎng)兜中從彈簧槍發(fā)射彈丸以后，下列說法中正確的是()圖3A小車向左運動一段距離然后停下B小車先向左運動又向右運動，最后回到原位置停下C小車一直向左運動下去D小車先向左運動，后向右運動，最后保持向右勻速運動答案A10一條約為180 kg的小船漂浮在靜水中，當(dāng)人從船尾走向船頭時，小船也發(fā)生了移動，忽略水的阻力，以下是某同學(xué)利用有關(guān)物理知識分

15、析人與船相互作用過程時所畫出的草圖(如圖所示)，圖中下面部分為人走到船頭時的情景請用有關(guān)物理知識判斷下列圖中所描述物理情景正確的是()答案B解析人和船組成的系統(tǒng)動量守恒，總動量為零，人向前走時，船將向后退，B正確11一個人在地面上立定跳遠(yuǎn)的最好成績是x，假設(shè)他站在船頭要跳上距離在L遠(yuǎn)處的平臺上，水對船的阻力不計，如圖4所示則()圖4A只要Lx，他一定能跳上平臺B只要Lx，他有可能跳上平臺C只要Lx，他一定能跳上平臺D只要Lx，他有可能跳上平臺答案B解析若立定跳遠(yuǎn)時，人離地時速度為v，如題圖從船上起跳時，人離船時速度為v.船的速度為v船，由能量守恒Emv2，Emv2mv，所以vv，人跳出的距離變小，所以B正確12. 如圖5所示，一個傾角為的直角斜面體靜置于光滑水平面上，斜面體質(zhì)量為M，頂端高度為h，今有一質(zhì)量為m的小物體，沿光滑斜面下滑，當(dāng)小物體從斜面頂端自由下滑到底端時，斜面體在水平面上移動的距離是()圖5A. B.C. D.答案C解析此題屬“人船模型”問題，m與M組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，設(shè)m在水平方向上對地位移為x1，M在水平方向?qū)Φ匚灰茷閤2，因此0mx1Mx2.且x1x2hcot .由可得x2，故選C.13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，距貨箱水平距離為l4 m，如圖6所示人的質(zhì)