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1、5反冲运动火箭学习目标1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.2.理解反冲运动的原理，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题.3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素一、反冲运动导学探究在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，“钻天猴”便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动，结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题：(1)反冲运动的受力有什么特点？(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？答案(1)物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动(2)反冲
2、运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，所以可以用动量守恒定律来处理；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加知识梳理反冲运动1定义：如果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，另一部分必然向相反的方向运动这个现象叫做反冲2反冲运动的特点：是物体间作用力与反作用力产生的效果3反冲运动的条件(1)系统不受外力或所受合外力为零(2)内力远大于外力(3)某一方向上不受外力或所受合外力为零4反冲运动遵循的规律：动量守恒定律二、火箭导学探究1火箭飞行利用了怎样的工作原理？在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律？答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利
3、用了反冲原理由于火箭与“高温、高压”燃气组成的系统内力很大，远大于系统所受重力及阻力，故可应用动量守恒定律2设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v.答案在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv(Mm)v则由动量守恒定律得0mv(Mm)v所以vvv3分析提高火箭飞行速度的可行办法答案由2题可知火箭喷气获得的最大的速度v(1)v，故可以用以下办法提高火箭飞行速度：(1)提高喷气速度；(2)提高火箭的质量比；(3)使用多级火箭，一般为三级知识梳理1
4、工作原理应用反冲运动，其反冲过程动量守恒它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度2影响火箭最终速度大小的因素(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 0004 000 m/s.(2)火箭的质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比现代火箭的质量比一般小于10.喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大一、反冲运动的应用1反冲运动问题一般应用系统动量守恒定律列式计算列方程时要注意初、末状态动量的方向，反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的2动量守恒表达式中的速度均为相对地面的速度，对“相对”速度，则要根据矢量关系转化为相对地面的速度例1反冲小车静止放在水平光滑玻璃
5、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M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m0.1 kg，水蒸气质量忽略不计(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v2.9 m/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夹角，小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?答案(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反解析(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零以橡皮塞运动的方向为正方向根据动量守恒定律，mv(Mm)v0vv2.9 m/s0.1 m/s，负号表
6、示小车运动的方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是0.1 m/s.(2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有mvcos 60(Mm)v0v m/s0.05 m/s，负号表示小车运动的方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s.二、火箭原理1火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题2火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度
7、v和质量比(火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定例2一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v1 000 m/s.设火箭总质量M300 kg，发动机每秒钟喷气20次(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度为多大？(2)运动第1 s末，火箭的速度为多大？答案(1)2 m/s(2)13.5 m/s解析(1)选取火箭和气体组成的系统为研究对象，运用动量守恒定律求解设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，以火箭速度方向为正方向，据动量守恒定律得：(M3m)v33mv0，故v32 m/s.(2)发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷
8、出的20次气体为研究对象，以火箭速度方向为正方向，根据动量守恒定律得：(M20m)v2020mv0，故v2013.5 m/s.三、反冲运动的应用“人船模型”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：m11m220.(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.(3)应用此关系时要注意一个问题：即公式1、2和x一般都是
9、相对地面而言的例3有一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾如果人的质量m60 kg，船的质量M120 kg，船长为l3 m，则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计答案1 m解析人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒，如图所示设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间里船后退的距离为x，人相对地面运动的距离为lx，选船后退方向为正方向，由动量守恒有：Mm0所以xl3 m1 m.“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应明确：(1)适用条件：系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方
10、向的动量守恒(如水平方向或竖直方向)(2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移1(反冲运动的认识)(多选)下列属于反冲运动的是()A喷气式飞机的运动B直升机的运动C火箭的运动D反击式水轮机的运动答案ACD解析反冲运动是一个物体分裂成两部分，两部分向相反方向的运动，故直升机的运动不是反冲运动2(反冲运动的应用)假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是()A向后踢腿B手臂向后甩C在冰面上滚动D脱下外衣水平抛出答案D解析向后踢腿和手臂向后甩，都是人体间的内力，不会使人前进在光滑冰面上由于不存在摩擦力，故无法
11、完成滚动动作而抛出衣服能获得反方向的速度，故可滑离冰面3(火箭问题的分析)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，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小v2，则喷出气体的质量m为()A.M B.MC.M D.M答案C解析规定航天器的速度方向为正方向，由动量守恒定律可得：Mv0(Mm)v2mv1，解得mM，故选C.4(人船模型的迁移)质量为m、半径为R的小球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上当小球从如图1所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离是()图1A. B. C.
12、 D.答案B解析由水平方向平均动量守恒有：mx小球2mx大球，又x小球x大球R，所以x大球R，B正确考点一反冲运动的理解和应用1(多选)下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度()A使喷出的气体速度增大B使喷出的气体温度更高C使喷出的气体质量更大D使喷出的气体密度更小答案AC2一航天探测器完成对月球的探测后，离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一定倾角的直线飞行，先加速运动后匀速运动探测器通过喷气而获得动力，以下关于喷气方向的说法正确的是()A探测器加速运动时，向后喷射B探测器加速运动时，竖直向下喷射C探测器匀速运动时，竖直向下喷射D探测器匀速运动时，不需要喷射答案C解析探测器加速运
13、动时，重力与喷气获得的反作用力的合力应向前，所以A、B错，探测器匀速运动时，所受合力应为零，C对，D错3如图1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()图1Av0v Bv0vCv0(v0v) Dv0(v0v)答案C解析根据动量守恒定律，选向右为正方向，则有(Mm)v0Mvmv，解得vv0(v0v)，故选项C正确4如图2所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机把前舱的水均匀的抽往后舱，不计水的阻力，下列说法中正确的是()图2A若前后舱是分开的，则前舱将向后加速运动B
14、若前后舱是分开的，则前舱将向前加速运动C若前后舱不分开，则船将向后加速运动D若前后舱不分开，则船将向前加速运动答案B解析前后舱分开时，前舱和抽出的水相互作用，靠反冲作用前舱向前加速运动，若前后舱不分开，前后舱和水是一个整体，则船不动5如图3所示，装有炮弹的大炮总质量为M，炮弹的质量为m，炮筒水平放置，炮弹水平射出时相对地面的速率为v0，则炮车后退的速率为()图3A.v0 B.C. Dv0答案C解析炮弹离开炮口时，炮弹和炮车在水平方向受到的外力相对于内力可忽略不计，则系统在水平方向动量守恒取炮车后退的方向为正，以炮弹和炮车组成系统为研究对象，根据水平方向动量守恒有：(Mm)vmv00解得炮车后退的速率为v.考点二火箭问题的分析6运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是()A燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气体的反作用力推动火箭C火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭D火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭答案B解析火箭的工作原理是利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高
