1.6反冲现象 火箭 学案- 高二上学期物理人教版 选择性必修第一册

《1.6反冲现象 火箭 学案- 高二上学期物理人教版 选择性必修第一册》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

第一章动量守恒定律第6节反冲现象火箭知识点1反冲现象【生活实例】春节时，小朋友燃放的“冲天炮”向下喷射“火药燃烧”的气体，“冲天炮”向上飞向高空；各种枪在射击时，子弹从枪口射出，枪向后运动；喷气式飞机向后高速喷射出气体，飞机向前高速飞行。这些现象都是反冲现象。同学们还能列举出熟知的反冲现象吗？1、反冲运动的定义根据动量守恒定律可知，原来静止的系统在内力的作用下分裂为两个部分，当其中一部分向某个方向运动时，另一部分向相反方向运动，这就叫作反冲运动。2、反冲运动的原理【重点1】反冲运动是系统内力作用的结果，在发生反冲运动的过程中，如果系统所受到的外力远远小于内力，那么反冲运动遵循动量守恒定律。3、表达式【重点2】若发生反冲运动前系统是静止的，则根据动量守恒定律有。此式表明做反冲运动的两部分，它们的动量大小相等，方向相反，而它们的速率则与质量成反比。【深度理解】在反冲运动中，若已知条件是物体间的相对速度，利用动量守恒定律列方程时，应将相对速度转化为相对于同一参考系的速度（一般为相对于地面的速度）4、反冲运动的特点（1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。（2）在反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。（3）在反冲运动中，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。5、反冲运动的应用与防止（1）利用有益的反冲运动反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出，使转轮由于反冲而旋转，从而带动发电机发电；喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。（2）避免有害的反冲运动射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影响射击准确性等。例题：1、（多选）今年春节上映的国产科幻大片《流浪地球》中有这样的情节：为了自救，人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划，即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机，推动地球离开太阳系，用2500年的时间奔往另外一个栖息之地。这个科幻情节中里有反冲运动的原理。现实中的下列运动，属于反冲运动的有（　　）A．汽车的运动B．直升飞机的运动C．火箭的运动D．反击式水轮机的运动2、反冲小车静止放在水光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动。如果小车原来的总质量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）？知识点2火箭

1【生活实例】中国古代火箭有箭头、箭杆、箭羽和火药筒四大部分。点火后，火药在筒中燃烧，产生大量气体，高速向后喷射，产生向前推力。这就是现代火箭的雏形。首次记载于公元1621年茅元仪编著的《武备志》中。民族英雄戚继光在东南沿海抗倭时，创制了飞刀箭，飞枪箭，飞剑箭三种喷气火箭，统称“三飞箭”，世界上其他国家直到240年后，才知道世界上有喷气火箭这种火器。1、火箭现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器。2、火箭的工作原理:动量守恒定律当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，可知火箭获得大小相等、方向相反的动量，因而发生连续的反冲现象。随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大。当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行，即3、火箭飞行能达到的最大飞行速度，主要取决于两个因素（1）喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s，提高到3km/s～4km/s需要很高的技术水平。（2）质量比:火箭开始飞行时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比，现代火箭能达到的质量比一般小于10。4、多级火箭目前多级火箭都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求。多级火箭一般不会超过四级，因为级数越多，结构越复杂，并越难控制，降低了可靠性，难以达到预期的目标。【说明】火箭的总质量为M，喷出质量为的气体后，火箭剩余部分的质量为（M-），应用动量守恒定律列方程时，应注意质量的变化。5、现代火箭的主要用途（1）利用火箭作为运载工具，例如给空间站运送物资；将探测飞船送到火星，月球等。（2）发射各类卫星的运载工具。（3）军事上应用更广，如东风-41，东风-17，东风-31A，东风-5以及各类防空导弹，反舰导弹，反潜导弹。（4）民用如防火导弹，人工降雨导弹，民用灭火导弹等。【重点3】（1）喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大。（2）多级火箭在发射过程中要将空壳抛掉，这样可以减小火箭的质量，从而提高火箭的最终速度。火箭飞行能达到的最大速度，一般来说就是燃料燃尽时火箭的速度。例题：1、2018年12月8日，我国在西昌卫星发射中心用“长征”三号乙运载火箭成功发射了“嫦娥”四号探测器，开启了月球探测的新旅程。火箭升空过程中向后喷出高速气体，从而获得较大的向前速度。火箭飞行所能达到的最大速度是燃料燃尽时火箭获得的最终速度，影响火箭最大速度的因素是火箭（　　）A．向后喷出气体的速度B．开始飞行时的质量C．喷出气体的总质量D．喷出气体的速度和火箭始、末的质量比2、将发射导弹看成如下模型：静止的实验导弹总质量M=3300g，当它以相对于地面的速度v0=120m/s喷出质量=300g的高温气体后，导弹的速度为（喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略）（　　）A．12m/sB．-12m/sC．10m/sD．-10m/s3、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为v=1000m/s，设火箭质量M=300kg，发动机每秒喷出20次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，求火箭发动机1s末的速度大小．

2能力拓展1“人船模型”问题分析1、人船模型如果系统是由两个物体组成的，且两物体相互作用前均静止，相互作用后均发生运动，当满足动量守恒定律的条件时，通常可把该系统当“人船模型”，用平均动量守恒处理。2、人船模型的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向的动量守恒。【实例】如图所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，质量为m的人从静止开始从船头走到船尾，不计水的阻力，求人和船相对于地面的位移各为多少？3、人船模型中的规律总结（1）人船模型中的动力学规律：由于组成系统的两物体受到大小相同、方向相反的一对力，故两物体速度或位移与质量成反比、方向相反。这类问题的特点是两物体同时运动，同时停止。（2）人船模型中的动量与能量规律：由于系统不受外力作用，故遵守动量守恒定律，又由于相互作用力做功，故系统或每个物体动能均发生变化。用力对“人”做的功量度“人”动能的变化；力对“船”做的功量度“船”动能的变化。重点说明人船模型中的两物体的位移是相对于同一参考系的位移，在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，此类问题也可以根据静止系统不受外力，系统质心位置不变的原理来解决。4、人船模型拓展与人船模型特点相同的模型还有：劈和物块模型、圆环和滑块模型、气球和人模型。（1）劈和物块模型，如图所示。模型特点：小物块从静止在光滑水平面上的劈的顶端无初速度地滑到底端。规律：。可得（2）圆环和滑块模型，如图所示。

3模型特点：光滑水平面上放置光滑圆环M，滑块m从与环心O等高处无初速度地下滑到最低点。规律：。可得例题：1、质量为M的气球上有一质量为m的人，共同静止在距地面高为h的高空中，现在从气球上放下一根不计质量的软绳，人沿着软绳下滑到地面．软绳至少为多长，人才能安全到达地面？2、如图所示，一辆质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上，小车上有一质量m=1kg的光滑小球B，将一轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能为Ep=6J，小球与小车右壁距离为L，解除锁定，小球脱离弹簧后与小车右壁的油灰阻挡层碰撞并被粘住，求：（1）小球脱离弹簧时小球和小车各自的速度大小。（2）在整个过程中，小车移动的距离。3、载人气球原静止于高h的高空，气球质量为M，人的质量为m，若人沿绳梯滑至地面，则绳梯至少为多长？能力拓展2运用动量守恒定律处理反冲运动问题在分析求解反冲运动问题时，应明确速度的矢量性和相对性。（1）速度的矢量性在不考虑其他外力时，对于原来静止的整体，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，则另一部分的速度应取负值。如质量为M的物体以相对于地面的速度v抛出一个质量为m的物体，研究剩余部分相对于地面的反冲速度时，以v的方向为正方向，列出的动量守恒方程为，得由于为待求速度，事先可不考虑其方向，由计算结果来判断，若计算结果为负值，则表示剩余部分的运动方向与抛出部分速度方向相反。由于我们已明确剩余部分与抛出部分反向，因此可直接列出两部分动量大小相等方程。即

4其中v1为剩余部分的速度大小。（2）速度的相对性反冲运动中存在相互作用的物体间发生相对运动，已知条件中有时告知的是物体的相对速度，在应用动量守恒定律时，应将相对速度转换为发生相互作用的物体相对于同一参考系的速度。如质量为M的车和质量为m的人一起以速度v1向右运动，人站在车尾相对于车以速度v1水平向左跳出后车速v2为多大？列出方程应为。典型错误①：典型错误②：例题：1、质量为M的火箭，在某时刻以相对于火箭的速度u喷出质量为m的气体，求火箭上升的速度。2、在水平铁轨上放置一门质量为M的炮车，发射的炮弹质量为m，设铁轨和炮车间摩擦不计，求：（1）水平发射炮弹时，炮弹速度为v0，问：炮身的反冲速度是多大？（2）炮身水平方向，炮弹出炮口时，相对炮口速度为v0，问：炮身的反冲速度为多大？（3）炮车车身与水平方向成θ角，炮弹速度大小为v0，问：炮身反冲速度是多大？易错防范：某人在一静止的小船上练习射击，人在船头，靶在船尾，船、人连同枪（不包括子弹）及靶的总质量为m1，枪内有n颗子弹，每颗子弹的质量为m2，枪口到靶的距离为l，子弹水平射出枪口相对于地的速度为v0，在发射后一发子弹时，前一发子弹已射入靶中，在射完n颗子弹时，求小船后退的距离。高考真题：题型1反冲运动---爆炸问题一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空。当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动，爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量。求（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。题型2人船模型的应用如图所示，质量M=2kg的滑块套在光滑的水平轨道上，质量m=1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初速度v0=4m/s，g取10m/s2。

5（1）若锁定滑块，试求小球通过最高点P时对轻杆的作用力大小和方向。（2）若解除对滑块的锁定，试求滑块的最大速度。（3）在满足（2）的条件下，试求小球击中滑块右侧轨道位置点与小球起始位置点间的距离。课后训练1、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（　　）A．B．C．D．2、如图所示，被一细线固定的AB两个物体静止在光滑水平面上，物体A、B之间的弹簧处于压缩状态，但与物体A、B不拴接，且物体A、B的质量关系满足mA=2mB。当烧断细线后，物体A、B的动能之比为（　　）A．1：2B．2：1C．1：1D．4：13、甲、乙两运动员在做花样滑冰表演，沿同一直线相向运动，速度大小都是1m/s，甲、乙相遇时用力推对方，此后都沿各自原方向的反方向运动，速度大小分别为1m/s和2m/s。求甲、乙两运动员的质量之比（　　）A．1：2B．2：1C．2：3D．3：24、2020年10月26日，伴随着遥感三十号07组卫星成功发射，西昌卫星发射中心西昌发射场时隔14天再次圆满完成新的发射任务。若火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离，已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为（　　）A．v0-v2B．v0+v2C．D．5、一弹丸在飞行到距离地面5m高时仅有水平速度v=2m/s，爆炸成为甲、乙两块水平飞出，甲、乙的质量比为3：1，不计质量损失，取重力加速度g=10m/s2，则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是（　　）A．B．

6C．D．6、2019年1月3日早上，“嫦娥四号”探测器从距离月面15公里处开始实施动力下降，不断接近月球。在距月面某高度处开始缓速下降，对障碍物和坡度进行识别，并自主避障，30s后降落在月面，若“嫦娥四号”的质量为1.2×103kg，月球表面的重力加速度大小为1.6m/s2，悬停时，发动机向下喷出速度为3.6×103m/s的高温高压气体，则探测器在缓速下降的30s内消耗的燃料质量约为（认为探测器的质量不变）（　　）A．4kgB．16kgC．80kgD．160kg7、如图，质量为M的小车静止在光滑的水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一光滑圆弧轨道，BC段是长为L的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点，一质量为m的滑块在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下，然后滑入BC轨道，最后恰好停在C点。已知小车质量M=2m，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。则滑块从A运动到C的过程中（　　）A．滑块水平方向相对地面的位移大小为B．小车相对地面的位移大小为C．小车M的最大速度D．滑块克服摩擦力做的功在数值上等于滑块减少的机械能8、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）（　　）A．B．C．D．9、（多选）某同学想用气垫导轨模拟“人在船上走”模型．该同学到实验室里，将一质量为M长为L的滑块置于导轨上并接通电源．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C．蜗牛运动的位移是滑块的倍D．滑块与蜗牛运动的距离之和为L