高中物理 16.5反沖運動 火箭（精講優(yōu)練課型） 新人教選修35

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反沖運動火箭.一、反沖1.定義:一個靜止的物體在_____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_____________。內(nèi)力相反動量守恒定律.3.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止:(1)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_____。(2)防止:用槍射擊時,由于槍身的反沖會影響射擊的_______,所以用槍射擊時要把槍身抵在肩部,以減少反沖的影響。旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性.【想一想】兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時間將到,她們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時,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2m,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(如圖)。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢?(假設(shè)起跳時船已靜止).提示:這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水阻力的情況下,所受合外力為零,在她跳前后遵循動量守恒定律。她在跳出瞬間,船也要向后運動。.二、火箭1.工作原理:利用_____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?使火箭獲得巨大速度。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2000～4000m/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_____越大,_______越大,火箭獲得的速度越大。反沖速度質(zhì)量比.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。運載.【判一判】(1)火箭點火后離開地面加速向上運動,是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果。(

)(2)在沒有空氣的宇宙空間,火箭仍可加速前行。(

)提示:(1)×?；鸺c火后離開地面向上運動,是由于火箭燃料燃燒產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽車姵?使火箭加速上升。(2)√?；鸺\行靠的是反沖作用,與空氣無關(guān)。.一、對反沖運動的理解思考探究:假如在月球上建一飛機場,應(yīng)配置噴氣式飛機還是螺旋槳飛機呢?提示:應(yīng)配置噴氣式飛機。噴氣式飛機利用反沖運動原理,可以在真空中飛行,而螺旋槳飛機是靠轉(zhuǎn)動的螺旋槳與空氣的相互作用力飛行的,不能在真空中飛行。.【歸納總結(jié)】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)注意的三個問題:(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,則反方向的這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要求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)換成對地的速度,再列動量守恒定律方程。.(3)變質(zhì)量問題:在反沖運動中還常遇到變質(zhì)量物體的運動,如在火箭的運動過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)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(nèi)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(jìn)行研究。.【典例示范】(2020·福建高考)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(

).【解題探究】(1)火箭模型在極短時間內(nèi)點火升空,遵循_____________。(2)點火前后兩個狀態(tài),系統(tǒng)的動量分別是多少?提示:點火前,系統(tǒng)總動量為零。點火后,若以火箭運動的方向為正方向,火箭的動量為(M-m)v,氣體的動量為-mv0,系統(tǒng)的總動量仍為零。動量守恒定律.【正確解答】選D?；鸺Ｐ驮跇O短時間點火,設(shè)火箭模型獲得速度為v,據(jù)動量守恒定律有0=(M-m)v-mv0,得v=故選D。.【過關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度(

)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.【解析】選A、C。設(shè)火箭的初動量為p,原來的總質(zhì)量為M,噴出的氣體質(zhì)量為m,速度大小是v,剩余的質(zhì)量(M-m)的速度大小是v′,由動量守恒得出:p=(M-m)v′-mv,得:v′=,由上式可知:m越大,v越大,v′越大。.2.(2020·金華高二檢測)“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(dá)最高點時速度大小為v0、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-v B.2v0-3vC.3v0-2v D.2v0+v.【解析】選C。在最高點水平方向動量守恒,由動量守恒定律可知,3mv0=2mv+mv′,可得另一塊的速度為v′=3v0-2v,故C正確。.【補償訓(xùn)練】1.裝有炮彈的大炮總質(zhì)量為M,炮彈的質(zhì)量為m,炮筒水平放置,炮彈水平射出時相對炮口的速度為v0,則炮車后退的速度大小為(

)

【解析】選A。設(shè)炮車后退速度大小為v1,則炮彈對地的水平速度大小為(v0-v1),根據(jù)動量守恒定律,0=(M-m)v1-m(v0-v1),所以v1=故正確答案為A。.2.小車靜置在光滑水平面上,站在車上的人練習(xí)打靶,人站在車的一端,靶固定在車的另一端,槍離靶的距離為d,如圖所示。已知車、人、靶和槍的總質(zhì)量為M(不包括子彈),每發(fā)子彈質(zhì)量為m,共n發(fā),每發(fā)子彈擊中靶后,就留在靶內(nèi),且待前一發(fā)擊中靶后,再打下一發(fā)。打完n發(fā)后,小車移動的距離為多少?.【解析】由題意知系統(tǒng)動量守恒,前一發(fā)擊中靶后,再打下一發(fā),說明發(fā)射后一發(fā)子彈時,車已經(jīng)停止運動。每發(fā)射一發(fā)子彈,車后退一段距離。每發(fā)射一發(fā)子彈時,子彈動量為mv,由動量守恒定律有:0=mv-[M+(n-1)m]Vmv=[M+(n-1)m]V.設(shè)每發(fā)射一發(fā)子彈車后退x,則子彈相對于地面運動的距離是(d-x),由動量守恒定律有:m()=[M+(n-1)m]解得:x=,則打完n發(fā)后車共后退s=。答案:.二、“人船模型”問題思考探究:(1)“人船模型”問題為什么不能以“船”為參考系。提示:“人船模型”中的“船”一般先加速后減速,不是慣性參考系,而動量守恒定律中,各物體的動量必須是相對于同一慣性系。.(2)“人船模型”問題中“人”啟動時和“人”停止時,“船”的受力情況如何?提示:“人”啟動時,“船”受到“人”對它的作用力(方向與人的運動方向相反)而開始運動;“人”停止時,“船”受到“人”對它的制動力而停止。.【歸納總結(jié)】1.“人船模型”問題的特征: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.運動特點:兩個物體的運動特點是“人”走“船”行,“人”?！按蓖?。.3.處理“人船模型”問題的兩個關(guān)鍵:(1)處理思路:利用動量守恒,先確定兩物體的速度關(guān)系,再確定兩物體通過的位移的關(guān)系。①用動量守恒定律求位移的題目,大都是系統(tǒng)原來處于靜止?fàn)顟B(tài),然后系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用,此時動量守恒表達(dá)式經(jīng)常寫成m1v1-m2v2=0的形式,式中v1、v2是m1、m2末狀態(tài)時的瞬時速率。.②此種狀態(tài)下動量守恒的過程中,任意時刻的系統(tǒng)總動量為零,因此任意時刻的瞬時速率v1和v2都與各物體的質(zhì)量成反比,所以全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比,即有

③如果兩物體相互作用的時間為t,在這段時間內(nèi)兩物體的位移大小分別為x1和x2,則有=0,即m1x1-m2x2=0。(2)畫出各物體的位移關(guān)系圖,找出它們相對地面的位移的關(guān)系。.4.推廣:原來靜止的系統(tǒng)在某一個方向上動量守恒,運動過程中,在該方向上速度方向相反,也可應(yīng)用處理人船模型問題的思路來處理。例如,小球沿弧形槽滑下,求弧形槽移動距離的問題。.【典例示范】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?，F(xiàn)從氣球上放下一根質(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?.【解題探究】(1)人沿軟繩下滑時,系統(tǒng)動量是否守恒?提示:系統(tǒng)所受合外力為零,故系統(tǒng)動量守恒。(2)人沿軟繩下滑時,熱氣球如何運動?人若安全到達(dá)地面,是否只要滿足繩長等于h即可?提示:人下滑時,熱氣球上升。軟繩的長度應(yīng)大于h,即繩的下端始終不離開地面,人才能安全到達(dá)地面。.【正確解答】如圖所示,設(shè)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(shè)人下滑的平均速度為v人,氣球上升的平均速度為v球,由動量守恒定律得:0=Mv球-mv人,即0=Mx球-mx人,又有x人+x球=L,x人=h,解以上各式得:L=答案:.【過關(guān)訓(xùn)練】有一條捕魚小船停靠在湖邊碼頭,小船又窄又長(估計重一噸左右),一位同學(xué)想用一個卷尺粗略測定它的質(zhì)量,他進(jìn)行了如下操作:首先將船平行碼頭自由停泊,然后他輕輕從船尾上船,走到船頭后停下,而且輕輕下船,用卷尺測出船后退的距離d,然后用卷尺測出船長L。已知他身體的質(zhì)量為m,則小船的質(zhì)量為多少?.【解析】如圖所示,設(shè)該同學(xué)在時間t內(nèi)從船尾走到船頭,由動量守恒定律知,人、船在該時間內(nèi)的平均動量大小相等,即:

又:x人=L-d解得:M=答案:.【補償訓(xùn)練】1.一輛小車置于光滑水平桌面上,車左端固定一水平彈簧槍,右端安一網(wǎng)兜。若從彈簧槍中發(fā)射一粒彈丸,恰好落在網(wǎng)兜內(nèi),結(jié)果小車將(空氣阻力不計)

(

)A.向左移動一段距離停下B.在原位置不動C.向右移動一段距離停下D.一直向左移動.【解析】選A。小車靜止置于光滑水平面上,初動量為零,且所受合外力為零,系統(tǒng)的動量守恒,所以系統(tǒng)的總動量一直為零。彈丸向右運動時,小車向左運動,彈丸落網(wǎng)停止后,小車也停止運動,選項A正確。.2.如圖所示,質(zhì)量為m的玩具蛙蹲在質(zhì)量為M的小車上的細(xì)桿頂端,小車與地面的接觸光滑,車長為l,細(xì)桿高h(yuǎn),直立于小車的中點,求玩具蛙至少以多大的對地水平速度跳出才能落到地面上?.【解析】將玩具蛙和小車作為系統(tǒng),玩具蛙在跳離車的過程中,系統(tǒng)水平方向的總動量守恒,玩具蛙離開桿后,做平拋運動,小車向后做勻速直線運動,在玩具蛙下降高度h的過程中,小車通過的距離與玩具蛙在水平方向通過的距離之和等于時,玩具蛙恰能落到地面上。玩具蛙跳離桿時:MvM=mvm.玩具蛙的運動時間為t,則:h=gt2根據(jù)題意:vmt+vMt=解得:vm=答案:.【拓展例題】考查內(nèi)容:反沖運動問題的綜合分析【典例示范】如圖所示,一舊式高射炮的炮筒與水平面的夾角為α=60°,當(dāng)它以v0=100m/s的速度發(fā)射出炮彈時,炮車反沖后退,已知炮彈的質(zhì)量為m=10kg,炮車的質(zhì)量M=200kg,炮車與地面間動摩擦因數(shù)μ=0.2,則炮車后退多遠(yuǎn)才能停下來?(g取10m/s2).【正確解答】以炮彈和炮車為研究系統(tǒng),在發(fā)射炮彈的過程中系統(tǒng)在水平方向上的動量守恒,設(shè)炮車獲得的反沖速度為v,以v0的水平分速度方向為正方向,有:mv0cosα-Mv=0,得v==2.5m/s。.由牛頓第二定律得,炮車后退的加速度為a==-μg=-2m/s2,由運動學(xué)公式得,炮車移動距離為s=≈-1.6m,即后退距離為1.6m,方向與正方向相反。答案:1.6m.【答案速填】①I=Ft②相同③時間④p=mv⑤kg·m/s⑥kg·m/s⑦相同⑧相同⑨動量變化量⑩mv2-mv1?為零?相同?不變?相等?相反?零?遠(yuǎn)大于外力?為零..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:59PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:59PM11、成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023