物理人教版高中選擇性必修一（2019年新編）1-6 反沖現(xiàn)象 火箭（教案）

§1-6反沖現(xiàn)象火箭一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道反沖運(yùn)動(dòng)的原理，會(huì)應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決有關(guān)反沖運(yùn)動(dòng)的問題.2.知道火箭的原理及其應(yīng)用．二、學(xué)習(xí)過程【問題探究】點(diǎn)燃“竄天猴”的藥捻，“竄天猴”向下噴出氣體，同時(shí)“竄天猴”飛向高空．結(jié)合該實(shí)例，回答下列問題：(1)反沖運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)？(2)反沖運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)的動(dòng)量、機(jī)械能有什么變化？【答案】(1)物體的不同部分受相反的作用力，在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)．(2)反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力，所以系統(tǒng)的動(dòng)量守恒；反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的機(jī)械能增加．【知識(shí)點(diǎn)1】反沖現(xiàn)象1．定義：一個(gè)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象．2．規(guī)律：反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，滿足動(dòng)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(shí)，一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)．(2)防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響．例題1、下列屬于反沖現(xiàn)象的是（）A．乒乓球碰到墻壁后彈回B．直升飛機(jī)上升C．用力向后蹬地，人向前運(yùn)動(dòng)D．章魚向某個(gè)方向噴出水，身體向相反的方向運(yùn)動(dòng)【答案】D【詳解】A．乒乓球碰到墻壁后彈回是因?yàn)槭艿搅藟Ρ诘淖饔昧?，不是反沖，A錯(cuò)誤；B．直升飛機(jī)是利用空氣的浮力上升的，不屬于反沖運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；C．用力向后蹬地，人向前運(yùn)動(dòng)，是人腳與外部地面的作用，不屬于反沖，C錯(cuò)誤；D．章魚向某個(gè)方向噴出水，身體向相反的方向運(yùn)動(dòng)，章魚向某個(gè)方向噴水時(shí)，章魚受到沿噴水方向相反的作用力，向噴水的反方向運(yùn)動(dòng)，二者相互作用力是系統(tǒng)內(nèi)力，是反沖現(xiàn)象，D正確。故選D。例題2、一只質(zhì)量為2.8公斤的章魚吸入0.2kg的水，靜止在水中，遇到危險(xiǎn)時(shí)，它在極短的時(shí)間內(nèi)把吸入的水向后完全噴出，以2.5m/s的速度向前逃竄。求該章魚噴出的水的速度大小?！敬鸢浮?5m/s【詳解】根據(jù)動(dòng)量守恒定律解得代入數(shù)據(jù)【問題探究】1．火箭飛行的工作原理是什么？2．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】1．火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛行，利用了反沖原理．2．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(dòng)量守恒．取火箭的速度方向?yàn)檎较?，發(fā)射前火箭的總動(dòng)量為0，發(fā)射后的總動(dòng)量為mv′－(M－m)v則由動(dòng)量守恒定律得0＝mv′－(M－m)v所以v′＝eq\f(M－m,m)v.【知識(shí)點(diǎn)2】火箭1．工作原理：噴氣式飛機(jī)和火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理，它們靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度．2．決定火箭增加的速度Δv的因素(1)火箭噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度．(2)火箭噴出燃?xì)獾馁|(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比．例題3、將靜置在地面上，質(zhì)量為M（含燃料）的火箭模型點(diǎn)火升空，在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度豎直向下噴出質(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(shí)火箭模型獲得的速度大小是（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】在不考慮重力和空氣阻力影響的情況下，火箭及燃料氣體系統(tǒng)在點(diǎn)火噴氣過程中動(dòng)量守恒，設(shè)噴氣后火箭獲得的速度為v，并以v的方向?yàn)檎较颍鶕?jù)動(dòng)量守恒定律有解得故D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。例題4、一枚在空中飛行的導(dǎo)彈，質(zhì)量為M，在某點(diǎn)速度為v，方向水平。導(dǎo)彈在該點(diǎn)突然炸成兩塊，如圖所示，其中質(zhì)量為m的一塊沿著與v相反的方向飛去，速率為v1.爆炸過程的相互作用時(shí)間為Δt，忽略該過程中的重力和空氣阻力，求：（1）爆炸后另一塊的速率v2；（2）爆炸過程中另一塊對(duì)質(zhì)量為m的一塊的平均作用力大小。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）爆炸過程滿足動(dòng)量守恒解得（2）對(duì)質(zhì)量為m的一塊用動(dòng)量定理（向左為正）解得（也可以對(duì)另一塊分析）【問題探究】如圖所示，一質(zhì)量為m的人站在一質(zhì)量為M的船頭上，開始時(shí)人、船均靜止，現(xiàn)在人從船頭走向船尾。(水對(duì)船的阻力很小)(1)該過程中，人和船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒嗎？兩者速度是什么關(guān)系？(2)該過程中兩者對(duì)地位移有何關(guān)系？【答案】(1)該過程中，水的阻力忽略不計(jì)，人和船的動(dòng)量守恒，兩者速度大小滿足mv1＝Mv2，方向相反。(2)由于mv1＝Mv2又mv1t＝Mv2t則mx1＝Mx2，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(M,m)?！局R(shí)點(diǎn)3】反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用——“人船模型”1．“人船模型”問題兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒．2．人船模型的特點(diǎn)(1)兩物體滿足動(dòng)量守恒定律：m1eq\x\to(v)1－m2eq\x\to(v)2＝0.(2)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：人動(dòng)船動(dòng)，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，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1).例題5、某人站在靜止于水面的船上，從某時(shí)刻開始，人從船頭走向船尾，水的阻力不計(jì)，下列說法不正確的是（）A．人勻速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，船也停止不動(dòng)C．不管人如何走動(dòng)，人在行走的任意時(shí)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(yùn)動(dòng)情況與人行走的情況無關(guān)【答案】D【詳解】A．人從船頭走向船尾的過程中，人和船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。設(shè)人的質(zhì)量為m，速度為v。船的質(zhì)量為M，速度為v'。以人行走的速度方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得0=mv+Mv'解得可知，人勻速行走，v不變，則v'不變，船勻速后退，且兩者速度大小與它們的質(zhì)量成反比。故A正確，與題意不符；B．人走到船尾不再走動(dòng)，設(shè)整體速度為v"，由動(dòng)量守恒定律得0=(m+M)v"得v"=0即船停止不動(dòng)。故B正確，與題意不符；C．系統(tǒng)初始總動(dòng)量為0，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得0=mv+Mv'解得則不管人如何走動(dòng)，人在行走的任意時(shí)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。故C正確，與題意不符；D．由上分析知，船的運(yùn)動(dòng)情況與人行走的情況有關(guān)，人動(dòng)船動(dòng)，人停船停。故D錯(cuò)誤，與題意相符。故選D。跟蹤訓(xùn)練：有一條捕魚小船?？吭诤叴a頭，小船又窄又長（估計(jì)重一噸左右）。一位同學(xué)想用一個(gè)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，而后輕輕下船，用卷尺測出船后退的距離d，然后用卷尺測出船長L。已知他自身的質(zhì)量為m，則漁船的質(zhì)量為多少？【答案】【詳解】如圖所示設(shè)該同學(xué)在時(shí)間t內(nèi)從船尾走到船頭，由動(dòng)量守恒定律知，人、船在該時(shí)間內(nèi)的平均動(dòng)量大小相等，即又解得§1-6反沖現(xiàn)象火箭作業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：一、選擇題1．下列幾種運(yùn)動(dòng)沒有利用反沖的原理的是（）A．烏賊的逃生B．雞蛋“破”與“不破”的訣竅C．宇航員無繩太空行走D．氣球充氣后敞口釋放【答案】B【詳解】A．烏賊的逃生是利用噴出的水的反沖作用，屬于反沖運(yùn)動(dòng)，故A不符合題意；B．雞蛋“破”與“不破”的訣竅，是增大作用時(shí)間，減小作用力，起到緩沖作用。故B符合題意；C．宇航員無繩太空行走，是利用反沖的原理。故C不符合題意；D．氣球充氣后敞口釋放，利用噴出的氣體的反沖作用而運(yùn)動(dòng)的，屬于反沖運(yùn)動(dòng)，故D不符合題意。故選B。2．一輛小車置于光滑水平面上，車左端固定一水平彈簧槍，右端裝一網(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(jì)）（）A．向左移動(dòng)一段距離停下 B．在原位置沒動(dòng)C．向右移動(dòng)一段距離停下 D．一直向左移動(dòng)【答案】A【詳解】彈簧槍發(fā)射彈丸后，依靠反沖小車向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)飛行的彈丸落入右端網(wǎng)兜時(shí)，因系統(tǒng)動(dòng)量守恒，小車又停止。故選A。3．一個(gè)連同裝備共有100kg的宇航員，脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。裝備中有一高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10分鐘內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出氣體的質(zhì)量是（）A．0.10kg B．0.15kg C．0.20kg D．0.25kg【答案】B【詳解】設(shè)宇航員的速度為u，則釋放m1氧氣后，則根據(jù)動(dòng)量守恒有0=m1v-(M-m1)u代入數(shù)據(jù)得m1=0.15kg故選B。4．如圖所示，我國自行研制的“殲-15”戰(zhàn)斗機(jī)掛彈飛行時(shí)，接到命令，進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射訓(xùn)練，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)水平飛行的速度為時(shí)，將總質(zhì)量為M的導(dǎo)彈釋放，剛釋放時(shí)，導(dǎo)彈向戰(zhàn)斗機(jī)飛行的反方向噴出對(duì)地速率為、質(zhì)量為m的燃?xì)猓瑒t噴氣后導(dǎo)彈相對(duì)地面的速率v為（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】以導(dǎo)彈飛行的方向?yàn)檎较?，?dǎo)彈被戰(zhàn)斗機(jī)釋放后導(dǎo)彈噴出燃?xì)馇昂笏查g，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得解得故選D。5．如圖所示，裝有炮彈的火炮總質(zhì)量為m1，炮彈的質(zhì)量為m2，炮彈射出炮口時(shí)對(duì)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(shè)水平面光滑）（）A．v0 B． C． D．【答案】C【詳解】由于炮彈的重力作用，火炮發(fā)射炮彈的過程只有水平方向動(dòng)量守恒，以向右為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得m2v0cosθ-(m1-m2)v=0解得C正確。故選C。6．2021年6月17日9時(shí)22分，我國神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射圓滿成功。如圖是神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射瞬間的畫面，在火箭點(diǎn)火發(fā)射瞬間，質(zhì)量為m的燃?xì)庖源笮榈乃俣葟幕鸺龂娍谠诤芏虝r(shí)間內(nèi)噴出。已知發(fā)射前火箭的質(zhì)量為M，則在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的速度大小為（燃?xì)鈬姵鲞^程不計(jì)重力和空氣阻力的影響）（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】以向上為正方向，由動(dòng)量守恒定律可得解得D正確。故選D。7．一炮艇總質(zhì)量為M，一速度v0勻速行駛，從炮艇上以相對(duì)海岸的水平速度v向前進(jìn)方向射出一質(zhì)量為m的炮彈，發(fā)射炮彈后炮艇的速度為v，，若不計(jì)水的阻力，則下列關(guān)系式中正確的是（）A．Mv0=（M-m）v，+mvB．Mv0=（M-m）v，+m（v+v0）C．Mv0=（M-m）v，+m（v+v，）D．Mv0=Mv，+mv【答案】A【詳解】對(duì)艇和炮彈組組成的系統(tǒng)，開炮過程中動(dòng)量守恒，開炮后艇的質(zhì)量變?yōu)椋∕-m），則有Mv0=（M-m）v′+mv故選A。8．如圖所示，一輛小車靜止在光滑水平面上，A、B兩人分別站在車的兩端。當(dāng)兩人同時(shí)相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列判斷正確的是（）A．若兩人的速率相同，則小車一定不動(dòng)B．若兩人的動(dòng)能相同，則小車一定不動(dòng)C．若兩人的動(dòng)量大小相等，則小車一定不動(dòng)D．若兩人的質(zhì)量相同，則小車一定不動(dòng)【答案】C【詳解】小車及人A、B組成的系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒，且總動(dòng)量為零，由動(dòng)量守恒定律，只有當(dāng)兩人的動(dòng)量大小相等方向相反時(shí)，小車才一定不動(dòng)，C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。9．如圖所示，氣球下面有一根長繩，一個(gè)質(zhì)量為m1=50kg的人抓在氣球下方，氣球和長繩的總質(zhì)量為m2=20kg，長繩的下端剛好和水平面接觸，當(dāng)靜止時(shí)人離地面的高度為h=5m。如果這個(gè)人開始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時(shí)，他離地面高度是（可以把人看做質(zhì)點(diǎn)）（）A．5m B．3.6m C．2.6m D．8m【答案】B【詳解】當(dāng)人滑到繩下端時(shí)，如圖所示，由動(dòng)量守恒定律，得且h1＋h2=h解得h1=1.4m所以他離地高度H=h-h1=3.6m故選B。10．質(zhì)量為m、長度為L的平板小車靜止在光滑的水平面上，一個(gè)質(zhì)量為3m的人立于車的左端。當(dāng)人向小車右端運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法中正確的是()A．人與小車的速度總是大小相等，方向相反B．當(dāng)人的速度加快時(shí)，小車由于慣性會(huì)維持原有的速度不變C．當(dāng)人走到小車右端時(shí)，以地面為參考系，人向右運(yùn)動(dòng)了D．當(dāng)人走到小車右端時(shí)，以地面為參考系，小車向左運(yùn)動(dòng)了【答案】D【詳解】AB．設(shè)人和小車的速度大小分別為v1、v2，由動(dòng)量守恒定律可得可知，人與小車的速度總是方向相反，但大小不相等，當(dāng)人的速度加快時(shí)，小車的速度也會(huì)加快，AB錯(cuò)誤；CD．設(shè)人和小車的位移大小分別為x1、x2，由動(dòng)量守恒的推論（人船模型）可得由滿足x1+x2=L聯(lián)立解得，即當(dāng)人走到小車右端時(shí)，以地面為參考系，人向右運(yùn)動(dòng)了，小車向左運(yùn)動(dòng)了，C錯(cuò)誤，D正確。故選D。二、非選擇題11．2022年冬奧會(huì)將在北京舉辦，北京成為奧運(yùn)歷史上第一個(gè)既舉辦過夏季奧運(yùn)會(huì)，又舉辦冬奧會(huì)的城市。如圖是參賽隊(duì)員正在進(jìn)行短道速滑接力項(xiàng)目的訓(xùn)練場景，甲運(yùn)動(dòng)員靜止在光滑的冰面上，乙運(yùn)動(dòng)員以10m/s的水平向右速度從他的后方?jīng)_過來并推動(dòng)他，甲運(yùn)動(dòng)員以6m/s的速度脫離乙而向前滑行。已知甲運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為70kg，乙運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為60kg，求兩運(yùn)動(dòng)員相互作用后，乙運(yùn)動(dòng)員的速度。【答案】3m/s，水平向右【詳解】對(duì)甲、乙運(yùn)動(dòng)員組成的系統(tǒng)，乙推甲→甲脫離乙，以乙的初速度方向?yàn)檎较?，由?dòng)能守恒定律得解得，方向水平向右12．如圖所示，長為l，質(zhì)量為m的小船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m′的人站在船頭，若不計(jì)水的阻力，當(dāng)人從船頭走到船尾的過程中，小船對(duì)地的位移是多少？【答案】【詳解】人和小船組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力，動(dòng)量守恒。假設(shè)某一時(shí)刻小船和人對(duì)地的速度分別為v1、v2，由于原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此0＝mv1－m′v2即m′v2＝mv1由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中的任意時(shí)刻，人和小船的速度都滿足上述關(guān)系，故他們在這一過程中平均速率也滿足這一關(guān)系，即m′2＝m1，等式兩邊同乘運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t，得m′2t＝m1t即m′x2＝mx1又因x1＋x2＝l，因此有x1＝13．如圖所示，A和B兩小車靜止在光滑的水平面上，質(zhì)量分別為、,A車上有一質(zhì)量為的人，相對(duì)地面以水平速度v0向右跳上B車，并與B車相對(duì)靜止．若不考慮空氣阻力．求：(1)人跳離A車后，A車的速度大小和方向；(2)人跳上B車后，B兩車的速度大?。敬鸢浮浚?），負(fù)號(hào)表示A車的速度方向向左．（2）【詳解】（1）設(shè)人跳離A車后，A車的速度為，研究A車和人組成的系統(tǒng)，以向右為正方向由動(dòng)量守恒定律有解得負(fù)號(hào)表示A車的速度方向向左．(2)研究人和B車，由動(dòng)量守恒定律有解得B速度大小為：14．課外科技小組制作一只“水火箭”，用壓縮空氣壓出水流使火箭運(yùn)動(dòng)．假如噴出的水流流量保持為2×10－4m3/s，噴出速度保持為對(duì)地10m/s.啟動(dòng)前火箭總質(zhì)量為1.4kg，則啟動(dòng)2s末火箭的速度可以達(dá)到多少？已知火箭沿水平軌道運(yùn)動(dòng)