2019-2020學年高中物理 第16章 5 反沖運動 火箭學案 新人教版選修3-5

《2019-2020學年高中物理 第16章 5 反沖運動 火箭學案 新人教版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第16章 5 反沖運動 火箭學案 新人教版選修3-5（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、5　反沖運動　火箭 [學習目標]　1.了解反沖運動的概念及反沖運動的一些應用.2.知道反沖運動的原理．(重點)3.掌握應用動量守恒定律解決反沖運動問題．(重點、難點)4.了解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素．(難點) 一、反沖運動 1．定義 根據(jù)動量守恒定律，如果一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩個部分，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．反沖原理 反沖運動的基本原理是動量守恒定律，如果系統(tǒng)的一部分獲得了某一方向的動量，系統(tǒng)的其他部分就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動量． 3．公式 若系統(tǒng)的初始動量為零，則動量守

2、恒定律的形式變?yōu)?＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反沖運動的兩部分的動量大小相等、方向相反，而它們的速率與質量成反比． 二、火箭 1．原理 火箭的飛行應用了反沖的原理，靠噴出氣流的反沖作用來獲得巨大速度． 2．影響火箭獲得速度大小的因素 一是噴氣速度，二是火箭噴出物質的質量與火箭本身質量之比．噴氣速度越大，質量比越大，火箭獲得的速度越大． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)做反沖運動的兩部分的動量一定大小相等，方向相反． (√) (2)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理． (√) (3)火箭點火后離開地面向上運動，是地面對火箭的反作用力作用的結果． (

3、×) (4)在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行． (√) (5)火箭發(fā)射時，火箭獲得的機械能來自于燃料燃燒釋放的化學能． (√) 2．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 [解析]　火箭工作中，動量守恒，當向后噴氣時，則火箭受一向前的推力從而使火箭加速，故只有B正確． [答案]　B 3．關于反沖運動的說法中，正確的是(

4、　　) A．拋出物m1的質量要小于剩下質量m2才能獲得反沖 B．若拋出質量m1大于剩下的質量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 [解析]　反沖運動的定義為由于系統(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，這種現(xiàn)象叫反沖運動．定義中并沒有確定兩部分物體之間的質量關系，故選項A錯誤．在反沖運動中，兩部分之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

5、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． [答案]　D 對反沖運動的理解 1．反沖運動的特點和規(guī)律 (1)物體的不同部分在內力作用下向相反方向運動，一般情況下，系統(tǒng)動量守恒，或系統(tǒng)在某一方向上動量守恒． (2)物體間發(fā)生相互作用時，有其他形式的能轉變?yōu)闄C械能，所以系統(tǒng)的總動能增加，作用力和反作用力都做正功． 2．處理反沖運動應注意的問題 (1)速度的方向 對于原來靜止的整體，拋出部分與剩余部分的運動方向必然相反．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，則反方向的速度應取負值． (2)相對速度問題 在反

6、沖運動中，有時遇到的速度是兩物體的相對速度．此類問題中應先將相對速度轉換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程． (3)變質量問題 如在火箭的運動過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內噴出的所有氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程來進行研究． 【例1】　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＝1 000 m/s(相對地面)，設火箭質量M＝300 kg，發(fā)動機每秒噴氣20次．求當?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？ [解析]　法一：噴出氣體的運動方向與火箭運動的方向相反，系統(tǒng)動量守恒 第一次氣體

7、噴出后，火箭速度為v1，有(M－m)v1－mv＝0 所以v1＝ 第二次氣體噴出后，火箭速度為v2，有 (M－2m)v2－mv＝(M－m)v1 所以v2＝ 第三次氣體噴出后，火箭速度為v3，有 (M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2 所以v3＝＝ m/s＝2 m/s. 法二：選取整體為研究對象，運用動量守恒定律求解． 設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象，據(jù)動量守恒定律，得(M－3m)v3－3mv＝0 所以v3＝＝2 m/s. [答案]　2 m/s 　例題1中，若發(fā)動機每次噴出2 kg氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v＝1 000 m/s改

8、為相對火箭，則當?shù)谝淮螝怏w噴出后，火箭的速度多大？ 【提示】　由動量守恒定律(M－m)v1＋m(v1－v)＝0 解得v1＝6.67 m/s. 分析火箭類問題應注意的問題 (1)火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質量不斷減小，故在應用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內的火箭和噴出的氣體為研究對象．注意反沖前、后各物體質量的變化． (2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否是同一參考系，如果不是同一參考系要設法予以調整，一般情況要轉換成對地球的速度． (3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向．反沖物體速度的方向與原物體的運動方向是相反的． 人船模型

9、 (1)定義 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量的反比．這樣的問題歸為“人船模型”問題. (2)特點 ①兩物體滿足動量守恒定律：m11－m22＝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量的反比；人船平均速度(瞬時速度)比等于它們質量的反比，即＝＝. ③應用此關系時要注意一個問題：即公式中1、2和x1、x2一般都是相對地面而言的． 【例2】　質量為M的熱氣球吊筐中有一質量為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量不計的

10、軟繩，為使此人沿軟繩能安全滑到地面，則軟繩至少有多長？ [解析]　如圖所示，設繩長為L，人沿軟繩滑至地面的時間為t，由圖可知，L＝x人＋x球．設人下滑的平均速度大小為v人，氣球上升的平均速度大小為v球，由動量守恒定律得：0＝Mv球－mv人即0＝M－m，0＝Mx球－mx人 又有x人＋x球＝L，x人＝h 聯(lián)立以上各式得：L＝h. [答案]　h 解決“人船模型”應注意兩點 (1)適用條件： ①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； ②在系統(tǒng)內發(fā)生相對運動的過程中至少有一個方向的動量守恒(如水平方向或豎直方向)． (2)畫草圖：解題時要畫出各物體的位移關系草圖，

11、找出各長度間的關系，注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移． 一只約為180 kg的小船漂浮在靜水中，當人從船尾走向船頭時，小船也發(fā)生了移動，忽略水的阻力，以下是某同學利用有關物理知識分析人與船相互作用過程時所畫出的草圖(如圖所示)，圖中虛線部分為人走到船頭時的情景，(已知人的質量小于小船的質量)請用有關物理知識判斷下列圖中所描述物理情景正確的是(　　) [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．又因為人的質量小于船的質量，即人前進的距離大于船后退的距離，B正確． [答案]　B 課 堂 小 結 1.一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩個部分，

12、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)象叫反沖. 2.噴氣式飛機和火箭的飛行應用了反沖的原理. 3.日常生活中，有時要應用反沖，有時要防止反沖，如農(nóng)田、園林的噴灌利用了水的反沖，用槍射擊時，要防止槍身的反沖. 知 識 脈 絡 1．質量相等的甲和乙都靜止在光滑的水平冰面上．現(xiàn)在，其中一人向另一個人拋出一個籃球，另一人接球后再拋回．如此反復進行幾次后，甲和乙最后的速率關系是(　　) A．若甲最先拋球，則一定是v甲>v乙 B．若乙最后接球，則一定是v甲>v乙 C．只有甲先拋球，乙最后接球，才有v甲>v乙 D．無論怎樣拋球和接球，都是v甲>v乙 [解析]　

13、因甲、乙及籃球組成的系統(tǒng)動量守恒，故最終甲、乙以及籃球的動量之和必為零．根據(jù)動量守恒定律有m1v1＝(m2＋m球)v2，因此最終誰接球誰的速度小，故B正確，ACD錯誤． [答案]　B 2．如圖所示，裝有炮彈的火炮總質量為m1，炮彈的質量為m2，炮彈射出炮口時對地的速率為v0，若炮管與水平地面的夾角為θ，則火炮后退的速度大小為(設水平地面光滑)(　　) A．v0　　B． C．　D． [解析]　炮彈和火炮組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒，0＝m2v0cos θ－(m1－m2)v，得v＝，選項C正確． [答案]　C 3．(多選)質量為m的人在質量為M的小車上從左端走到右端，如圖所示，當車與地面摩擦不計時，那么(　　) A．人在車上行走，若人相對車突然停止，則車也突然停止 B．人在車上行走的平均速度越大，則車在地面上移動的距離也越大 C．人在車上行走的平均速度越小，則車在地面上移動的距離就越大 D．不管人以什么樣的平均速度行走，車在地面上移動的距離相同 [解析]　由于地面光滑，則人與車組成的系統(tǒng)動量守恒得：mv人＝Mv車，可知A正確；設車長為L，由m(L－x車)＝Mx車得，x車＝L，車在地面上移動的位移大小與人的平均速度大小無關，故D正確，B、C均錯誤． [答案]　AD - 7 -