反冲

5反冲运动火箭一、反冲1.定义:一个静止的物体在_____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_____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______________。内力相反动量守恒定律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_____。(2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的_______,所以用枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少反冲的影响。旋转准确性二、火箭1.工作原理:利用_____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,使火箭获得巨大速度。反冲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_____越大,_______越大,火箭获得的速度越大。速度质量比3.现代火箭的主要用途:利用火箭作为_____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。运载三、人船模型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_____,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_____的反比,这样的问题归为“人船模型”问题。为零质量【思考辨析】1.火箭点火后离开地面加速向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果。()2.在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行。()3.火箭获得的速度仅与喷气的速度有关。()4.做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。()5.火箭发射时,火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能。()提示:1.×。火箭点火后离开地面向上运动,是由于火箭燃料燃烧产生高温、高压燃气从尾部喷管喷出,使火箭加速上升。2.√。火箭运行靠的是反冲作用,与空气无关。3.×。火箭获得的速度不仅与喷气的速度有关,还与火箭的质量比有关。4.√。反冲运动中,一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分向相反的方向运动,遵循动量守恒定律,所以做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。5.√。火箭发射时,通过喷出气体与火箭本身的作用力做功,将燃料燃烧释放出的化学能转化为火箭与喷出气体的机械能。知识点一对反冲运动的理解探究导入:2018年2月2日,我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭,成功将电磁监测试验卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。(1)“长征二号丁”运载火箭升空过程中的运动是一种什么运动?(2)“长征二号丁”运载火箭运动过程中是否满足动量守恒定律?提示:(1)“长征二号丁”运载火箭升空过程中的运动是一种反冲运动。(2)“长征二号丁”运载火箭运动过程中内力远大于外力,所以满足动量守恒定律。【归纳总结】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三个问题:(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,则反方向的这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要求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。(3)变质量问题:在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动,如在火箭的运动过程中,随着燃料的消耗,火箭本身的质量不断减小,此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象,取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。【典题通关】考查角度1反冲速度的计算【典例1】火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,喷出气体相对地面的速度v=1000m/s,设火箭初质量M=300kg,发动机每秒喷气20次,在不考虑地球引力及空气阻力的情况下①,火箭发动机1秒末的速度是多大②?世纪金榜导学号19892020【审题关键】序号信息提取①不考虑万有引力及空气阻力,则系统动量守恒②1s内喷出的气体为20m【解析】选火箭和1秒内喷出的气体为研究对象,设火箭1秒末速度为V,1秒内共喷出质量为20m的气体,选火箭前进方向为正方向,由动量守恒得:(M-20m)V-20mv=0解得V==13.5m/s答案:13.5m/s20mv200.21000m/sM20m300200.2考查角度2大炮反冲运动【典例2】如图所示,装有炮弹的火炮总质量为m1,炮弹的质量为m2,炮弹射出炮口时对地的速率为v0,若炮管与水平地面的夹角为θ,则火炮后退的速度大小为(设水平面光滑)()世纪金榜导学号1989202120201122020121mvmA.vB.mmmmvcosmvcosC.D.mmm【解析】选C。火炮发射炮弹的过程中水平方向动量守恒,以向右为正方向,根据动量守恒定律得:m2v0cosθ-(m1-m2)v=0,解得:v=。故选C。2012mvcosmm【过关训练】1.(2017·全国卷Ⅰ)将质量为1.00kg的模型火箭点火升空,50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()A.30kg·m/sB.5.7×102kg·m/sC.6.0×102kg·m/sD.6.3×102kg·m/s【解析】选A。火箭与喷出的燃气组成的系统在竖直方向上动量守恒。选竖直向上为正方向,设喷气后火箭的动量为p,由动量守恒定律得:0=p-mv,则p=mv=0.050×600kg·m/s=30kg·m/s。2.“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【解析】选C。在最高点水平方向动量守恒,由动量守恒定律可知,3mv0=2mv+mv′,可得另一块的速度为v′=3v0-2v,故C正确。【补偿训练】小车静置在光滑水平面上,站在车上的人练习打靶,人站在车的一端,靶固定在车的另一端,枪离靶的距离为d,如图所示。已知车、人、靶和枪的总质量为M(不包括子弹),每发子弹质量为m,共n发,每发子弹击中靶后,就留在靶内,且待前一发击中靶后,再打下一发。打完n发后,小车移动的距离为多少?【解析】由题意知系统动量守恒,前一发击中靶后,再打下一发,说明发射后一发子弹时,车已经停止运动。每发射一发子弹,车后退一段距离。每发射一发子弹时,子弹动量为mv,由动量守恒定律有:0=mv-[M+(n-1)m]Vmv=[M+(n-1)m]V设每发射一发子弹车后退x,则子弹相对于地面运动的距离是(d-x),由动量守恒定律有:m()=[M+(n-1)m]解得:x=,则打完n发后车共后退s=。答案:dxtxtmdMnm＋nmdMnm＋nmdMnm＋知识点二“人船模型”问题探究导入:(1)“人船模型”问题为什么不能以“船”为参考系。(2)“人船模型”问题中“人”启动时和“人”停止时,“船”的受力情况如何?提示:(1)“人船模型”中的“船”一般先加速后减速,不是惯性参考系,而动量守恒定律中,各物体的动量必须是相对于同一惯性系。(2)“人”启动时,“船”受到“人”对它的作用力(方向与人的运动方向相反)而开始运动;“人”停止时,“船”受到“人”对它的制动力而停止。【归纳总结】1.“人船模型”问题的特征: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.运动特点:两个物体的运动特点是“人”走“船”行,“人”停“船”停。3.处理“人船模型”问题的两个关键:(1)处理思路:利用动量守恒,先确定两物体的速度关系,再确定两物体通过的位移的关系。①用动量守恒定律求位移的题目,大都是系统原来处于静止状态,然后系统内物体相互作用,此时动量守恒表达式经常写成m1v1-m2v2=0的形式,式中v1、v2是m1、m2末状态时的瞬时速率。②此种状态下动量守恒的过程中,任意时刻的系统总动量为零,因此任意时刻的瞬时速率v1和v2都与各物体的质量成反比,所以全过程的平均速度也与质量成反比,即有1122mvmv0。③如果两物体相互作用的时间为t,在这段时间内两物体的位移大小分别为x1和x2,则有=0,即m1x1-m2x2=0。(2)画出各物体的位移关系图,找出它们相对地面的位移的关系。1212xxmmtt4.推广:原来静止的系统在某一个方向上动量守恒,运动过程中,在该方向上速度方向相反,也可应用处理人船模型问题的思路来处理。例如,小球沿弧形槽滑下,求弧形槽移动距离的问题。【易错提醒】(1)“人船模型”中人和船的速度是同时变化的,且都是相对于同一参考系的。(2)“人船模型”中人和船运动的位移也是相对于同一参考系的,人的位移不等于在船上走的距离。【典题通关】【典例】静止在水面上的船,船身长为L,质量为M,船头紧靠码头,船头上有一固定木板伸出船身,现有一质量为m的人从船尾走向码头,如图所示。要使该人能安全上岸,则木板伸出船身部分长度至少应为(水对船及码头对木板的阻力不计)()世纪金榜导学号19892022A.mLMmB.mLMmMmLmLC.D.MmM【解析】选D。对于船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人上岸的过程,船向后退,设后退的位移大小为x,则人相对于地面的位移大小为L,取人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:0=mv-MV,即有解得,x=,所以木板伸出船身部分长度至少应为。故D正确。LxmM0ttmLMmLM【过关训练】1.一装有柴油的船静止于水面上,船前舱进水,堵住漏洞后用一水泵把前舱的水抽往后舱,如图所示。不计水的阻力,船的运动情况是()A.向前运动B.向后运动C.静止D.无法判断【解析】选A。虽然抽水的过程属于船与水的内力作用,但水的质量发生了转移,从前舱转移到了后舱,相当于人从船的一头走到另一头的过程。故A正确。2.如图所示,半径为R的光滑圆槽质量为M,静止在光滑水平面上,其内表面有一质量为m的小球被细线吊着位于槽的边缘处,如将线烧断,小球滑行到最低点向右运动时,圆槽的速度为()A.0B.,向左C.,向右D.不能确定m2MgRMMmm2MgRMMm【解析】选B。以水平向右为正方向,设在最低点时m和M的速度大小分别为v和v′,根据动量守恒定律得:0=mv-Mv′,根据机械能守恒定律列方程得:mgR=mv2+Mv′2,联立以上两式解得v′=,向左,故选项B正确。m2MgRMMm1212【补偿训练】1.一辆小车置于光滑水平桌面上,车左端固定一水平弹簧枪,右端安一网兜。若从弹簧枪中发射一粒弹丸,恰好落在网兜内,结果小车将(空气阻力不计)()A.向左移动一段距离停下B.在原位置不动C.向右移动一段距离停下D.一直向左移动【解析】选A。小车静止置于光滑水平面上,初动量为零,且所受合外力为零,系统的动量守恒,所以系统的总动量一直为零。弹丸向右运动时,小车向左运动,弹丸落网停止后,小车也停止运动,选项A正确。2.如图所示,质量为m的玩具蛙蹲在质量为M的小车上的细杆顶端,小车与地面的接触光滑,车长为l,细杆高h,直立于小车的中点,求玩具蛙至少以多大的对地水平速度跳出才能落到地面上?【解析】将玩具蛙和小车作为系统,玩具蛙在跳离车的过程中,系统水平方向的总动量守