新人教版高二物理必修學(xué)案主題反沖現(xiàn)象火箭

1、6反沖現(xiàn)象火箭學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識脈絡(luò)1 .了解反沖運(yùn)動的概念及反沖運(yùn)動的一些應(yīng)用.知道反沖運(yùn)動的原理.重=叫立2 .掌握應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運(yùn)動問題.重點(diǎn)、難點(diǎn)=七火箭?影響大精衣用速度大小的 ？耳索3 .了解火箭的工作原理及決定火知識點(diǎn)一|反沖運(yùn)動0基砒初探O先填空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局部,一局部向某個方向運(yùn)動,另一局部必然向相反的方向運(yùn)動,這個現(xiàn)象叫作反沖2.反沖原理反沖運(yùn)動的根本原理是動量守恒定律,如果系統(tǒng)的一局部獲得了某一方向的動量,系統(tǒng)的其他局部就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動量 .3 .公式假設(shè)系統(tǒng)的初始動量為零,那么動量守

2、恒定律的形式變?yōu)?0= miVi+ m2V2,此式表 明,做 反沖運(yùn)動的兩局部的動量大小相等、方向相反、而它們的諫率與質(zhì)量成反一比.再判斷X1 .做反沖運(yùn)動的兩局部的動量一定大小相等 ,方向相反.2 .切反沖現(xiàn)象都是有益的 3.章魚、烏賊的運(yùn)動利用了反沖的原理后思考1 .反沖運(yùn)動中,內(nèi)力做功的代數(shù)和是否為零?【提示】 不為零.反沖運(yùn)動中,兩局部受到的內(nèi)力做功的代數(shù)和為正值2 .兩位同學(xué)在公園里劃船,當(dāng)小船離碼頭大約 1.5 m時,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,跳到岸上絕對沒有問題.于是她 縱身一跳,結(jié)果卻掉到了 水里如下圖,她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上

3、呢？【提示】 這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水的阻力的情況下,所受合外力為零,在她跳起前后遵循動量守恒定律.在她向前跳起瞬間,船要向后運(yùn)動.?核心突破0合作探討如下圖,為一條約為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,不計(jì)水的阻力.探討1:小船發(fā)生移動的動力是什么力？小船向哪個方向運(yùn)動？【提示】 摩擦力.向左運(yùn)動,即與人行的方向相反.探討2:當(dāng)人走到船頭相對船靜止時,小船還運(yùn)動嗎？為什么？【提示】 不運(yùn)動.小船和人組成的系統(tǒng)動量守恒,當(dāng)人的速度為零時,船 的速度也為零.探討3:當(dāng)人從船尾走到船頭時,有沒有可能出現(xiàn)如圖甲或如圖乙的情形？為 什么？乙【提示】 不

4、可能.由系統(tǒng)動量守恒可知,人和船相對于地面的速度方向一 定相反,不可能向同一個方向運(yùn)動,且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比.核心點(diǎn)擊1. 反沖運(yùn)動的特點(diǎn)及遵循的規(guī)律(1) 特點(diǎn)：是物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果(2)條件：系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零.內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力；系統(tǒng)在某一方向上不受外力或該方向上所受外力之和為零(3)反沖運(yùn)動遵循動量守恒定律.2. 討論反沖運(yùn)動應(yīng)注意的兩個問題(1) 速度的反向性對于原來靜止的物體,被拋出局部具有速度時,剩余局部的運(yùn)動方向與被拋出局部必然相反.(2) 速度的相對性一般都指對地速度.3 “人船模型問題定義兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，假設(shè)所受外力

5、的矢量和為零,那么動量守 包.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.特點(diǎn) 兩物體滿足動量守恒定律：miVi - m2V 2= 0. 運(yùn)動特點(diǎn)：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Xi Vi m22 1x V2 m 應(yīng)用此關(guān)系時要注意一個問題：即公式中VI、V2和XI、X2 一般都是相對地面而言的.0題組沖關(guān)o1 .小車上裝有一桶水,靜止在光滑水平地面上,如下圖,桶的前、后、底 及側(cè)面各裝有 一個閥門,分別為Si、S2、S3、S4(圖中未畫出

6、),要使小車向前運(yùn)動,可采用的方法是翻開 閥門.解析：根據(jù)水和車組成的系統(tǒng)動量守恒 ,原來系統(tǒng)動量為零,由0=m水v水+ m車v 車知,車的運(yùn)動方向與水的運(yùn)動方向相反,故水應(yīng)向后噴出.答案：S22,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.現(xiàn)從氣球上放下一根質(zhì)量不計(jì)的軟純,為使此人沿軟繩能平安滑到地面,那么軟純至少有多長？解析：如下圖,設(shè)純長為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 下滑的平均速度大小為 v人，氣球上升的平均c O.速度大小為v球,由動量守恒定律得：0= Mv球一 mv人即0=IM 乎一m ? , 0=Mx 球一 mx

7、 人|又有x人+ x球=1, x人=八M + m解以上各式得:L h-一 IVIM + m答案：-M-h名師解決“人船模型應(yīng)注意兩點(diǎn)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;(如水平方向或豎直在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運(yùn)動的過程中至少有一個方向的動量守恒 方向).,找出各長度間的關(guān)系,注(2) 畫草圖：解題時要畫出各物體的位移關(guān)系草圖意兩物體的位移是相對同一參考系的位移.知識點(diǎn)二|火箭0根底初探o先填空2.原理火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理、靠噴出氣流的反沖作用來獲得巨大速度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&質(zhì)量比越大,

8、火箭獲得的速度越大.再判斷1 .火箭點(diǎn)火后離開地面向上運(yùn)動,是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果.(X)2 .在沒有空氣的宇宙空間,火箭仍可加速前行.(V)3. 火箭發(fā)射時,火箭獲得的機(jī)械能來自于燃料燃燒釋放的化學(xué)能后思考假設(shè)在月球上建一飛機(jī)場,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)動原理，可以在真空中飛行,而螺旋槳飛機(jī)是靠轉(zhuǎn)動的螺旋槳與空氣的相互作用力飛行的空中飛行.O核心突破0合作探討如下圖,是多級運(yùn)載火箭的示意圖,發(fā)射時,先點(diǎn)燃第一級火 箭,燃料用完后,運(yùn)錢物第二倉U 空殼自動脫落,然后下一級火箭開始工作.第探討1:火箭點(diǎn)火后能加速上升的動力是什么力

9、？【提示】燃燒產(chǎn)生的氣體高速向下噴出,氣體產(chǎn)生的反作用力推動火箭加速上升.探討2:要提升運(yùn)載物的最大速度可采用什么舉措？【提示】 提升氣體噴射速度,增加燃料質(zhì)量,及時脫離前一級火箭空殼.核心點(diǎn)擊1 .火箭的速度設(shè)火箭在N時間內(nèi)噴射燃?xì)獾馁|(zhì)量為 Am,速度為u,噴氣后火箭的質(zhì)量為 m,獲得的速度為v,由動量守恒定律：0= mv+zmu,得v = 1mu.2.決定因素火箭獲得速度取決于燃?xì)鈬姵鏊俣萿及燃?xì)赓|(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比個兩 個因素.3.多級火箭由于受重力的影響 , 單級火箭達(dá)不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星所需要的 7.9 km/s, 實(shí) 際火箭為多級 .多級火箭發(fā)射時 , 較大的第一級火箭燃燒結(jié)束后

10、 , 便自動脫落 , 接著第二級、 第三級依次 工作, 燃燒結(jié)束后自動脫落 , 這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量 , 減輕負(fù)擔(dān) , 使火箭到達(dá)遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過使用同樣多的燃料的一級火箭所能到達(dá)的速度 . 目 前多級火箭一般都是三級火箭 , 由于三級火箭能到達(dá)目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求 . O 題組沖關(guān) O 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(jī)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刖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

11、火箭解析：火箭工作中 , 動量守恒 , 當(dāng)向后噴氣時 , 那么火箭受一向前的推力從而 使火箭加 速, 故只有 B 正確 .答案： B4. 多項(xiàng)選擇采取以下哪些舉措有利于增加火箭的飛行速度 A. 使噴出的氣體速度更大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：設(shè)火箭原來的總質(zhì)量為 M,噴出的氣體質(zhì)量為 m,速度是v,剩余的 質(zhì)量為M m，速度是v',由動量守恒得：M mv' = mv得：二次奧肅,由上 式可知：m越大,v 越大 , v 越大 . 故 A、C 正確.答案： AC 5. 一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出 m = 200 g 的氣體 ,

12、氣體離開發(fā)動機(jī)噴出時的 速度 v=1 000 m/s 相對地面 , 設(shè)火箭質(zhì)量 M = 300 kg, 發(fā)動機(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？解析：法一：噴出氣體的運(yùn)動方向與火箭運(yùn)動的方向相反,系統(tǒng)動量守恒第一次氣體噴出后,火箭速度為(M m)vi mv = 0mv所以vl=MF第二次氣體噴出后,火箭速度為 V2,(M 2m)v2 mv = (M m)vi2mv所以V2 =-M 一 2m第三次氣體噴出后,火箭速度為V3,(M 3m)v 3 mv = (M 2m)v2? 3mv 3X0.2X1 000所以 v3 =m/s=2 m/s.M3m300 3X0.2法二：選取整體為研究對象,運(yùn)用動量守恒定律求解.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象,據(jù)動量守恒定律,得(M 3m)v 3 3mv = 03mv所以 v3 = n 丁 =2 m/