高中物理第1章動(dòng)量守恒定律6反沖現(xiàn)象火箭學(xué)案新人教版選擇性必修第一冊(cè)

6.反沖象

火學(xué)習(xí)目標(biāo):物觀念]通學(xué)了解反沖運(yùn)動(dòng)和反沖運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用．2.[科思維]通實(shí)例分析能夠用動(dòng)量守恒定律解決反沖運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．3.[科思維]通學(xué)習(xí)和課外閱讀知道火箭的飛行原理了解我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展．☆閱本節(jié)教材,回答第24頁(yè)問(wèn)題”并梳理必要知識(shí)點(diǎn)材第24頁(yè)題提示反原理,章魚游泳類似于火箭的發(fā),向后噴水的反作用力使自己前進(jìn)．一、反沖現(xiàn)象1．定義根據(jù)動(dòng)量守恒定律,如一個(gè)靜的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個(gè)部分,一分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)另一部分必然向相反方向運(yùn),這個(gè)現(xiàn)象叫作反沖．2．反沖原理反沖運(yùn)動(dòng)的基本原理是動(dòng)量守恒定律,果系統(tǒng)的一部分獲得了某一方向的動(dòng)量,系統(tǒng)的其他部分就會(huì)在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動(dòng)量．3．公式若系統(tǒng)的初始動(dòng)量為,則動(dòng)量恒定律的形式變?yōu)椋剑玽,此表明做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量大小相等、方向相,它們的速率與質(zhì)量成反比．利用動(dòng)量守恒定律解決反沖問(wèn)題時(shí)速度通常是以地面為參考系的速度而不是系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相對(duì)速度．二、火箭1．原理火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理,噴出氣流的反沖作用來(lái)獲得巨大速度．2．影響火箭獲得速度大小的因一是噴氣速度,二是火箭噴出物的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比．噴氣速度越大,質(zhì)比越大火獲得的速度越大．1．思考判斷(正確的打“√錯(cuò)誤的打“×”)(1)做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量定大小相,向相反．(2)章魚、烏賊的運(yùn)動(dòng)利用了反的原理．(3)火箭點(diǎn)火后離開(kāi)地面向上運(yùn)是地面對(duì)火箭的反作用力作用的結(jié)果．

((-1-

(4)在沒(méi)有空氣的宇宙空間,火仍可加速前行．(5)火箭發(fā)射時(shí),火箭獲得的機(jī)械來(lái)自于燃料燃燒釋放的化學(xué)能．

(×)((2．運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開(kāi)工作火箭做加速運(yùn)動(dòng)的原因是()A．燃料推動(dòng)空氣空反作用力推動(dòng)火箭B．火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用力將燃料燃燒生的氣體向后推,體的反作用力推動(dòng)火箭C．火箭吸入空氣然向后排出,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,空氣膨脹推動(dòng)火箭B[火箭工作中,動(dòng)量守恒,當(dāng)向噴氣時(shí),則火箭受一向前的推力從而使火箭加速故有B正確]3多選)2019年節(jié)上映的國(guó)科幻大片《流浪地球》中有這樣的情節(jié):為了自救,人類提出一個(gè)名為“流浪地球”的大膽計(jì)劃,即傾全球之力在地球表面建造上萬(wàn)座發(fā)動(dòng)機(jī),推動(dòng)地球離開(kāi)太陽(yáng)系,用2年時(shí)間奔往另外一個(gè)棲息之地．這個(gè)科幻情節(jié)中有反沖運(yùn)動(dòng)的原理．現(xiàn)實(shí)中的下列運(yùn),屬于反沖運(yùn)動(dòng)的()A．汽車的運(yùn)動(dòng)C．火箭的運(yùn)動(dòng)

B．直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)D．反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)CD[汽車的運(yùn)動(dòng)利用了汽車的引,不屬于反沖運(yùn),故錯(cuò)誤升的運(yùn)動(dòng)利用了空氣的反作用力,不屬于反沖運(yùn),故誤；火箭的運(yùn)動(dòng)是利用噴氣的方式獲得動(dòng)力,屬于反沖運(yùn)動(dòng)故C正；反擊式水機(jī)的運(yùn)動(dòng)利用了水的反沖作用而獲得動(dòng),屬于反沖運(yùn)動(dòng)故D正．對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)的理解取一只藥瓶或一個(gè)一端有孔的蛋殼在其蓋上鉆一小孔(蓋與瓶子需密封),再取一塊厚泡沫塑料參照?qǐng)D做成船的樣子并在船上挖一凹以容納盛酒精的容(可金屬瓶)．用兩段鐵絲彎成環(huán)狀以套住瓶的并將鐵絲的端頭分別插入船中．將一棉球放入容器中并倒入少量酒,在瓶中裝入半瓶開(kāi)水船入水中,點(diǎn)燃酒精棉球后一會(huì)兒產(chǎn)生水蒸氣,當(dāng)蒸從藥瓶蓋的孔中噴出時(shí),小便能勇往直前了．小船向前運(yùn)-2-

動(dòng)體現(xiàn)了什么物理原理？提示:反沖原理．1．反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用向相反方向運(yùn)動(dòng)．(2)在反沖運(yùn)動(dòng)中相作用力一般較通常可以用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理．(3)在反沖運(yùn)動(dòng)中由有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械,所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加．2．反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用與防止(1)利用有益的反沖運(yùn)動(dòng)反擊式水輪機(jī)是使水從轉(zhuǎn)輪的葉片中流出使輪由于反沖而旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度．(2)避免有害的反沖運(yùn)動(dòng)射擊時(shí)子向前飛去,槍身向后生反沖這就會(huì)影響射擊準(zhǔn)確性等．3．處理反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)速度的方向?qū)τ谠瓉?lái)靜止的整體拋部分與剩余部分的運(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絼t反方向的速度應(yīng)取負(fù)值．(2)相對(duì)速度問(wèn)題在反沖運(yùn)動(dòng),有時(shí)遇到的速度是兩物體的相對(duì)速度問(wèn)題中應(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(wèn)題如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,隨燃的消耗火箭本身的質(zhì)量不斷減小,此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)象相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究．【例1】反小車靜止放在水光滑玻璃,燃酒蒸汽將橡皮塞水平噴出,小車沿相反方向運(yùn)動(dòng)．如果小車運(yùn)動(dòng)前的總質(zhì)量M＝3水噴出的橡皮塞的質(zhì)量＝0.1kg.(1)若橡皮塞噴出時(shí)獲得的水平度v＝2.9求車的反沖速度；(2)若橡皮塞噴出時(shí)速度大小不方向與水平方向成60°角小車的反沖速度又如(小車一直在水平方向運(yùn))思路點(diǎn)撥:小和橡皮塞組成的系統(tǒng)所受外力之和為,系統(tǒng)總動(dòng)量為零．(2)小和橡皮塞組成的系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒．[解析](1)以皮塞運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv＋(－)v＝0m0.1v′＝－v＝×2.9m/s－0.1m/sM－3－0.1-3-

mm負(fù)號(hào)表示小車的運(yùn)動(dòng)方向與橡皮塞運(yùn)動(dòng)的方向相反．(2)以橡皮塞運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)向?yàn)檎接衜vcos60°＋(M－)″mvcos60°0.1×2.9×0.5v″＝－＝m/s－0.05m/sM－3負(fù)號(hào)表示小車的運(yùn)動(dòng)方向與橡皮塞運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)的方向相反．[答案](1)0.1m/s,方向與橡皮塞運(yùn)動(dòng)的方向相反(2)0.05m/s,方向與橡皮塞運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的方向相反反沖運(yùn)動(dòng)和碰撞炸相似之相互作用力常為變且作用力,一都滿足內(nèi)力外力,所以反沖運(yùn)動(dòng)可用動(dòng)量守定律來(lái)處.[跟進(jìn)訓(xùn)練1．如圖所示,自動(dòng)火炮連同炮彈總質(zhì)量為M當(dāng)炮管水平火車在水平路面上以v的速度向右勻速行駛中發(fā)射一枚質(zhì)量為m炮彈后自動(dòng)火炮的速度變?yōu)関,向右行駛則炮彈相對(duì)炮筒的發(fā)射速度為()A.C.

m－＋mM－＋2mvm

M－vB.M－vD.

－－mB[炮彈相對(duì)地的速度為v＋由動(dòng)量守恒定律得MvM－)＋(＋得＝Mv－m

.]火箭教材第25頁(yè)思考與討論]答案提:以飛船為參考系設(shè)物體的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?則小物體的動(dòng)量的改變量為Δ＝Δ對(duì)人和小物體組成的系統(tǒng)在拋出小物體的過(guò)程中動(dòng)量守恒則由動(dòng)量守恒定律得0＝Δ＋Δ,則人動(dòng)量的改變量為Δ＝－Δp＝－mu設(shè)人的速度的改變量為Δ,因?yàn)棣uΔ＝Δv則由以上表達(dá)式可知Δ＝.古代的火箭-4-

我國(guó)早在宋代就發(fā)明了火箭,在桿上捆一個(gè)前端封閉的火藥筒,火藥點(diǎn)燃后生成的燃?xì)庖院艽蟮乃俣认蚝髧?火箭就會(huì)向前運(yùn)動(dòng)．請(qǐng)思考(1)古代火箭的運(yùn)動(dòng)是否反沖運(yùn)動(dòng)？(2)火箭飛行利用了怎樣的工作理？提示:(1)火的運(yùn)動(dòng)是反沖運(yùn)動(dòng)．(2)火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣飛,用了反沖原理．1．工作原理應(yīng)用反沖運(yùn)動(dòng),其沖過(guò)程動(dòng)量恒．它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度．2．影響火箭最終速度大小的因(1)噴氣速度:現(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的氣速度約為2000～5000m/s.(2)火箭的質(zhì)量比:指箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比．現(xiàn)代火箭的質(zhì)量比一般小于10.噴氣速度越,質(zhì)量比越,火獲得的速度越大．3火噴氣屬于反沖類問(wèn)題,是量守恒定律的重要應(yīng)用火箭運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)量不斷小于這一類的問(wèn)題可取火箭本身和在相互作用的時(shí)間內(nèi)噴出的全部氣體為研究對(duì)象,取相互作用的整個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程,運(yùn)用動(dòng)量守恒的觀點(diǎn)解決問(wèn)題．【例2】一箭的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)次噴出m＝200g的體氣離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度＝1000m/s(相對(duì)地面,設(shè)箭的質(zhì)量＝300kg,動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次,求當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后火箭的速度為多大？思路點(diǎn)撥:火箭氣屬反沖現(xiàn)象火箭氣體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,運(yùn)動(dòng)量守恒定律求解．[解析]設(shè)出三次氣體后火箭的速度為,以箭和噴出的三次氣體為研究對(duì),據(jù)動(dòng)量守恒定律得－3)－3＝03所以＝≈2m/s.M[答案]2m/s-5-

火箭類反沖問(wèn)題解題要領(lǐng)1．兩部分物體初、末狀態(tài)的速的參考系必須是同一參考且一般以地面為參考系．2．要特別注意反沖前、后各物質(zhì)量的變化．3方程時(shí)要注意初態(tài)量的方,一般而,沖后兩物體的運(yùn)動(dòng)方向是相反的．[跟進(jìn)訓(xùn)練2質(zhì)量為M的火箭以速度飛,量為m的燃?xì)庀鄬?duì)于火箭速率u后噴出則火箭的速度大小為()muA．＋

muB．－mmuC．＋(v＋u)D．v＋M－M－mA[設(shè)噴出氣體后火箭的速度大為v則氣的對(duì)地速度為v－)(火箭的速度方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律得＝(－)＋(－)mu解得＝＋,A項(xiàng)正確]1．物理觀念:反沖運(yùn)動(dòng)的概念．2．科學(xué)思維:應(yīng)用動(dòng)量守恒定律決反沖運(yùn)動(dòng)．3．科學(xué)探究:通過(guò)實(shí)驗(yàn)探,認(rèn)反沖運(yùn)動(dòng)．-6-

B.D.m－mB.D.m－m1．下列圖片所描述的事例或應(yīng)沒(méi)有利用反沖運(yùn)動(dòng)原理的()D

[噴裝置是利用水流噴出時(shí)的沖作用而運(yùn)動(dòng)的魚在水中前行和轉(zhuǎn)向利用了噴出的水的反沖作,火箭發(fā)射是利用噴氣的方式而獲得動(dòng)力利用了反沖運(yùn),故A、C不符合題意；碼頭邊輪胎的作用是延長(zhǎng)碰撞時(shí),而減小作用,沒(méi)有利用反沖作,故D符題意．2．質(zhì)量相等的甲和乙都靜止在滑的水平冰面上．現(xiàn)在,其中一人向另一個(gè)人拋出一個(gè)籃球,另一人接球后再拋回．如反復(fù)進(jìn)行幾次甲和乙最后的速率關(guān)系是()A．若甲最先拋球則定是vB．若乙最后接球則定是vC．只有甲先拋球乙后接球才有>D．無(wú)論怎樣拋球和接球,都是>vB[因甲、乙及籃球組成的系統(tǒng)量守,最終甲、乙以及籃球的動(dòng)量之和必為零．根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv＝(＋m因此最終誰(shuí)接球誰(shuí)的速度小,故B正,、C、D誤．3．如圖所示,裝有炮彈的火炮總量為,炮彈的質(zhì)量為m,炮彈射出炮口時(shí)對(duì)地的速率為,炮管與水平地面的夾角為θ則火炮后退的速度大小為(設(shè)平地面光)()mA.m

mvmC.

mvcosθm

mvcosθmC

[炮彈和火炮組成的系統(tǒng)水平方動(dòng)量守恒,0＝mvcos－－),得mvcos,選項(xiàng)C正．-7-

2222224多選)質(zhì)量為m的在質(zhì)量為M的車上從左端走到右端,如圖所示當(dāng)與地面摩擦不計(jì)時(shí)那()A．人在車上行走若相對(duì)車突然停則車也突然停止B．人在車上行走的平均速度越則車在地面上移動(dòng)的距離也越大C．人在車上行走的平均速度越則車在地面上移動(dòng)的距離就越大D．不管人以什么樣的平均速度車在地面上移動(dòng)的距離相同AD[由于地面光滑,則人與車組的系統(tǒng)動(dòng)量守恒:mv＝Mv,可知A正確車長(zhǎng)為mL,由mLx＝得,x＝,車在地面上移動(dòng)的位移大小與人的平均速度大小無(wú),故＋D正,B、C均錯(cuò)誤]5思維拓]在光滑的冰面上放一個(gè)截面為四分之一圓的半徑足夠大的光滑自由曲面