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日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮1第十五章动量与动量守恒定律第5节反冲运动火箭一、反冲现象1．定义一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动的现象．2．规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，满足动量守恒定律．3．反冲现象的应用及防止：(1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转．(2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响．二、火箭1．工作原理：利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得巨大的向前的速度．2．影响火箭获得速度大小的两个因素：(1)喷气速度：现代火箭的喷气速度为2000～4000m/s.(2)质量比：火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．3．现代火箭的主要用途：利用火箭作为运载工具，如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等．知识点一反冲运动的理解和应用例1．反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动．如果小车运动前的总质量M＝3kg，水平喷出的橡皮塞的质量m＝0.1kg.(水蒸气质量忽略不计)(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v＝2.9m/s，求小车的反冲速度；(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60°角，小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?班级：姓名：日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮2练习1．“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”，爆竹声响是辞旧迎新的标志，是喜庆心情的流露．有一个质量为3m的爆竹斜向上抛出，到达最高点时速度大小为v0、方向水平向东，在最高点爆炸成质量不等的两块，其中一块质量为2m，速度大小为v，方向水平向东，则另一块的速度是()A．3v0－vB．2v0－3vC．3v0－2vD．2v0＋v【小结】：1．反冲运动的三个特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．(2)反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理．(3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加．2．讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的方向性：对于原来静止的整体，当被抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反．在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度就要取负值．(2)速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度．但是动量守恒定律中速度是对同一惯性参考系的速度(通常为对地的速度)．因此应先将相对速度转换成对地的速度，再列动量守恒定律方程．知识点二火箭的工作原理分析例2．如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作．探讨1：火箭点火后能加速上升的动力是什么力？探讨2：要提升运载物的最大速度可采用什么措施？探讨3：将静置在地面上，质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体．忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是多少？练习2．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机相对地面喷出时的速度v＝1000m/s.设火箭质量M＝300kg，发动机每秒钟喷气20次．(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？(2)运动第1s末，火箭的速度多大？日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮3【小结】：1．火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用．2．分析火箭类问题应注意的三个问题(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象．注意反冲前、后各物体质量的变化．(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度．(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向．知识点三反冲运动的应用——“人船模型”例3．如图所示，长为L、质量为M船的小船停在静水中，质量为m的人由静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力．探讨1：小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？探讨2：当人走到船尾相对船静止时，小船还运动吗？为什么？探讨3：当人从船头走到船尾时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？甲乙探讨4：当人从船头走到船尾时，求船和人相对地面的位移各为多少？练习3．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，它们共同静止在距地面为h的高空中．现从热气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？船头船尾日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮4【小结】：1．“人船模型”问题两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒．在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比．这样的问题归为“人船模型”问题．2．人船模型的特点(1)两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0.(2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即x1x2＝v1v2＝m2m1.(3)应用此关系时要注意一个问题：公式v1、v2和x一般都是相对地面而言的．日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮5第十五章动量守恒定律第5节反冲运动火箭课后练习1．关于反冲运动的说法中，正确的是()A．抛出物m1的质量要小于剩下质量m2才能获得反冲B．若抛出质量m1大于剩下的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力C．反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用D．抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律2．如图所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为v0，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿v0的方向飞去，则另一块的运动()A．一定沿v0的方向飞去B．一定沿v0的反方向飞去C．可能做自由落体运动D．以上说法都不对3．质量为m的人站在质量为2m的平板小车上，以共同的速度在水平地面上沿直线前行，车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比．当车速为v0时，人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后跳下．跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计，则能正确表示车运动的v－t图象为()4．一质量为M的航天器，正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时相对地面向后的速度大小为v1，加速后航天器相对地面向前的速度大小v2，则喷出气体的质量m为()A．m＝v2－v0v1MB．m＝v2v2＋v1MC．m＝v2－v0v2＋v1MD．m＝v2－v0v2－v1M5．如图所示，质量为M的小船在静止水平面上以速度v0向右匀速行驶，一质量为m的救生员站在船尾，相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为()A．v0＋mMvB．v0－mMvC．v0＋mM(v0＋v)D．v0＋mM(v0－v)6．(多选)一气球由地面匀速上升，当气球下的吊梯上站着的人沿着梯子上爬时，下列说法正确的是()A．气球可能匀速上升B．气球可能相对地面静止C．气球可能下降D．气球运动速度不发生变化班级：姓名：日照实验高级中学2018级物理导学案编写：宋明文审核：惠希亮67．某同学想用气垫导轨模拟“人船模型”．该同学到实验室里，将一质量为M、长为L的滑块置于水平气垫导轨上(不计摩擦)并接通电源．该同学又找来一个质量为m的蜗牛置于滑块的一端，在食物的诱惑下，蜗牛从该端移动到另一端．下面说法正确的是()A．只有蜗牛运动，滑块不运动B．滑块运动的距离是MM＋mLC．蜗牛运动的位移是滑块的Mm倍D．滑块与蜗牛运动的距离之和为L8．课外科技小组制作一只“水火箭”，用压缩空气压出水流使火箭由静止开始运动。假如喷出的水流流量保持为2×10－4m3/s，喷出速度保持为对地10m/s。启动前火箭总质量为1.4kg，则启动2s末火箭的速度可以达到多少？已知火箭沿水平轨道运动阻力不计，水的密度是103kg/m3。9.如图所示，带有光滑的半径为R的14圆弧轨道的滑块静止在光滑水平面上，滑块的质量为M，将一个质量为m的小球从A处由静止释放，当小球从B点水平飞出时，滑块的速度为多大？(重力加速度为g)10．光滑水平面上放着一质量为M的槽，四分之一的圆弧槽与水平面相切且光滑，如图所示，一质量为m的小球以速度v0向槽运动（1）若开始时槽固定不动，求小球上升的最大高度(槽足够高)。（2）若槽不固定，求小球上升的最大高度(槽足够高)。（3）（选做）若槽不固定，求小球上升的最大高度(槽不足够高)。