第16章 5　反沖運(yùn)動　火箭

1、.5反沖運(yùn)動火箭學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.理解反沖運(yùn)動的概念及反沖運(yùn)動的一些應(yīng)用.2.知道反沖運(yùn)動的原理重點(diǎn)3.掌握應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運(yùn)動問題重點(diǎn)、難點(diǎn)4.理解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素難點(diǎn)反 沖 運(yùn) 動1定義根據(jù)動量守恒定律，假如一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動，這個(gè)現(xiàn)象叫做反沖2反沖原理反沖運(yùn)動的根本原理是動量守恒定律，假如系統(tǒng)的一部分獲得了某一方向的動量，系統(tǒng)的其他部分就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動量3公式假設(shè)系統(tǒng)的初始動量為零，那么動量守恒定律的形式變?yōu)?m1v1m2v2，此式說明，做反

2、沖運(yùn)動的兩部分的動量大小相等、方向相反，而它們的速率與質(zhì)量成反比1做反沖運(yùn)動的兩部分的動量一定大小相等，方向相反2一切反沖現(xiàn)象都是有益的×3章魚、烏賊的運(yùn)動利用了反沖的原理1反沖運(yùn)動中，內(nèi)力做功的代數(shù)和是否為零？【提示】不為零反沖運(yùn)動中，兩部分受到的內(nèi)力做功的代數(shù)和為正值2兩位同學(xué)在公園里劃船，當(dāng)小船離碼頭大約1.5 m時(shí)，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績從未低于2 m，跳到岸上絕對沒有問題于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里如圖16­5­1所示，她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？圖16­5­1【提示】這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮

3、水的阻力的情況下，所受合外力為零，在她跳起前后遵循動量守恒定律在她向前跳起瞬間，船要向后運(yùn)動如圖16­5­2所示，為一條約為180 kg的小船漂浮在靜水中，當(dāng)人從船尾走向船頭時(shí)，小船也發(fā)生了挪動，不計(jì)水的阻力圖16­5­2討論1：小船發(fā)生挪動的動力是什么力？小船向哪個(gè)方向運(yùn)動？【提示】摩擦力向左運(yùn)動，即與人行的方向相反討論2：當(dāng)人走到船頭相對船靜止時(shí)，小船還運(yùn)動嗎？為什么？【提示】不運(yùn)動小船和人組成的系統(tǒng)動量守恒，當(dāng)人的速度為零時(shí)，船的速度也為零討論3：當(dāng)人從船尾走到船頭時(shí)，有沒有可能出現(xiàn)如圖16­5­3甲或如圖乙的情形？為什么？甲乙

4、圖16­5­3【提示】不可能由系統(tǒng)動量守恒可知，人和船相對于地面的速度方向一定相反，不可能向同一個(gè)方向運(yùn)動，且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比1反沖運(yùn)動的特點(diǎn)及遵循的規(guī)律1特點(diǎn)：是物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果2條件：系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力；系統(tǒng)在某一方向上不受外力或該方向上所受外力之和為零3反沖運(yùn)動遵循動量守恒定律2討論反沖運(yùn)動應(yīng)注意的兩個(gè)問題1速度的反向性對于原來靜止的物體，被拋出部分具有速度時(shí)，剩余部分的運(yùn)動方向與被拋出部分必然相反2速度的相對性一般都指對地速度3“人船模型問題1定義兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生互相作用時(shí)，假設(shè)所受外力的矢量和為零

5、，那么動量守恒在互相作用的過程中，任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比這樣的問題歸為“人船模型問題. 2特點(diǎn)兩物體滿足動量守恒定律：m11m220.運(yùn)動特點(diǎn)：人動船動，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；人船平均速度瞬時(shí)速度比等于它們質(zhì)量的反比，即.應(yīng)用此關(guān)系時(shí)要注意一個(gè)問題：即公式中1、2和x1、x2一般都是相對地面而言的1小車上裝有一桶水，靜止在光滑程度地面上，如圖16­5­4所示，桶的前、后、底及側(cè)面各裝有一個(gè)閥門，分別為S1、S2、S3、S4圖中未畫出，要使小車向前運(yùn)動，可采用的方法是翻開閥門_圖16­5­

6、4【解析】根據(jù)水和車組成的系統(tǒng)動量守恒，原來系統(tǒng)動量為零，由0m水v水m車v車知，車的運(yùn)動方向與水的運(yùn)動方向相反，故水應(yīng)向后噴出【答案】S22質(zhì)量為M的熱氣球吊筐中有一質(zhì)量為m的人，共同靜止在距地面為h的高空中現(xiàn)從氣球上放下一根質(zhì)量不計(jì)的軟繩，為使此人沿軟繩能平安滑到地面，那么軟繩至少有多長？【解析】如下圖，設(shè)繩長為L，人沿軟繩滑至地面的時(shí)間為t，由圖可知，Lx人x球設(shè)人下滑的平均速度大小為v人，氣球上升的平均速度大小為v球，由動量守恒定律得：0Mv球mv人即0Mm，0Mx球mx人又有x人x球L，x人h解以上各式得：Lh.【答案】h解決“人船模型應(yīng)注意兩點(diǎn)1適用條件：系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且互相作

7、用前靜止，系統(tǒng)總動量為零；在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運(yùn)動的過程中至少有一個(gè)方向的動量守恒如程度方向或豎直方向2畫草圖：解題時(shí)要畫出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長度間的關(guān)系，注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移火 箭1原理火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理，靠噴出氣流的反沖作用來獲得宏大速度2影響火箭獲得速度大小的因素一是噴氣速度，二是火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大1火箭點(diǎn)火后分開地面向上運(yùn)動，是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果×2在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行3火箭發(fā)射時(shí)，火箭獲得的機(jī)械能來自于燃料燃燒釋放的化學(xué)能假設(shè)在月球上建一飛機(jī)場，應(yīng)配置

8、噴氣式飛機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢？【提示】應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)噴氣式飛機(jī)利用反沖運(yùn)動原理，可以在真空中飛行，而螺旋槳飛機(jī)是靠轉(zhuǎn)動的螺旋槳與空氣的互相作用力飛行的，不能在真空中飛行如圖16­5­5所示，是多級運(yùn)載火箭的示意圖，發(fā)射時(shí)，先點(diǎn)燃第一級火箭，燃料用完后，空殼自動脫落，然后下一級火箭開場工作圖16­5­5討論1：火箭點(diǎn)火后能加速上升的動力是什么力？【提示】燃燒產(chǎn)生的氣體高速向下噴出，氣體產(chǎn)生的反作用力推動火箭加速上升討論2：要提升運(yùn)載物的最大速度可采用什么措施？【提示】進(jìn)步氣體噴射速度，增加燃料質(zhì)量，及時(shí)脫離前一級火箭空殼1火箭的速度設(shè)火箭在t時(shí)間內(nèi)噴射燃?xì)?/p>

9、的質(zhì)量為m，速度為u，噴氣后火箭的質(zhì)量為m，獲得的速度為v，由動量守恒定律：0mvmu，得vu.2決定因素火箭獲得速度取決于燃?xì)鈬姵鏊俣萿及燃?xì)赓|(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比兩個(gè)因素3多級火箭由于受重力的影響，單級火箭達(dá)不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星所需要的7.9 km/s，實(shí)際火箭為多級多級火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級火箭燃燒完畢后，便自動脫落，接著第二級、第三級依次工作，燃燒完畢后自動脫落，這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量，減輕負(fù)擔(dān)，使火箭到達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用同樣多的燃料的一級火箭所能到達(dá)的速度目前多級火箭一般都是三級火箭，因?yàn)槿壔鸺艿竭_(dá)目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求3運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開場工作后，火箭做加速運(yùn)動的

10、原因是 【導(dǎo)學(xué)號：54472019】A燃料推動空氣，空氣反作用力推動火箭B火箭發(fā)動機(jī)用力將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出，氣體的反作用力推動火箭C火箭吸入空氣，然后向后排出，空氣對火箭的反作用力推動火箭D火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周圍空氣，空氣膨脹推動火箭【解析】火箭工作中，動量守恒，當(dāng)向后噴氣時(shí)，那么火箭受一向前的推力從而使火箭加速，故只有B正確【答案】B4多項(xiàng)選擇采取以下哪些措施有利于增加火箭的飛行速度 【導(dǎo)學(xué)號：54472020】A使噴出的氣體速度更大B使噴出的氣體溫度更高C使噴出的氣體質(zhì)量更大D使噴出的氣體密度更小【解析】設(shè)火箭原來的總質(zhì)量為M，噴出的氣體質(zhì)量為m，速度是v，剩余的質(zhì)量為Mm，

11、速度是v，由動量守恒得：Mmvmv得：v，由上式可知：m越大，v越大，v越大故A、C正確【答案】AC5一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m200 g的氣體，氣體分開發(fā)動機(jī)噴出時(shí)的速度v1 000 m/s相對地面，設(shè)火箭質(zhì)量M300 kg，發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次求當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？【解析】法一：噴出氣體的運(yùn)動方向與火箭運(yùn)動的方向相反，系統(tǒng)動量守恒第一次氣體噴出后，火箭速度為v1，有Mmv1mv0所以v1第二次氣體噴出后，火箭速度為v2，有M2mv2mvMmv1所以v2第三次氣體噴出后，火箭速度為v3，有M3mv3mvM2mv2所以v3 m/s2 m/s.法二：選取整體為研究對象，運(yùn)用動量守恒定律求解設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3，以火箭和噴出三次氣體為研究對象，據(jù)動量守恒定律，得M3mv33mv0所以v32 m/s.【答案】