6反沖現(xiàn)象火箭【答案】

第一章動量守恒定律第一章第6節(jié)反沖現(xiàn)象火箭【學(xué)習(xí)目標(biāo)】.了解反沖運動的概念及反沖運動的一些應(yīng)用。.知道反沖運動的原理。.掌握應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運動問題。.了解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素?！局R梳理】一、反沖運動.定義：如果一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動。.特點：(1)動量守恒：反沖運動中系統(tǒng)不受外力或內(nèi)力遠大于外力；(2)機械能增加：反沖運動中，有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能；(3)反沖原理：如果系統(tǒng)內(nèi)物體間的作用力使一部分獲得了某一方向的動量，則反作用力會使系統(tǒng)的其它部分在相反方向上獲得同樣大小的動量。若系統(tǒng)的初始動量為零，則有0=m[y]+m2y2，各部分的速率與質(zhì)量成反比。.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止：(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水，一邊旋轉(zhuǎn)。(2)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響.二、火箭.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巨大速度..影響火箭獲得速度大小的因素(1)探究：設(shè)火箭飛行時在極短時間內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量是加，噴出的燃氣相對噴氣前火箭的速度是u，噴出燃氣后火箭的質(zhì)量是m。求火箭獲得的速度羽。0=0=mv+AmuAm得v=_mu(2)結(jié)論：噴氣速度越大，火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比越大，火箭獲得的速度越大。三、人船模型.情景：有一只小船停在靜水中，船上一人從船頭走到船尾。設(shè)人的質(zhì)量為m，船的質(zhì)量為M,船長為L，求人和船相對地面移動的位移。yM動量守恒：my—My=0,即my=My 得：人=一人船 人船 ym船所以任意時刻的瞬時速率都與各物體的質(zhì)量成反比，則全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比，進而可得兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比，即鼠=Mxm船整理得：mx人一Mx船=0且x人+x船=LM_ m'人M+m^ '船M+m^

第一章動量守恒定律第一章動量守恒定律.特點(1)動量守恒且為0：系統(tǒng)內(nèi)兩物體相互作用前均靜止。作用過程中，“人動船動，人停船停”。(2)任意時刻的瞬時速率都與各物體的質(zhì)量成反比；全過程的平均速度也與質(zhì)量成反比；兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比。s1和s2是兩物體相對同一慣性參考系的位移(一般相對于地面)，二者方向相反。(4)上述特點同樣適用于單一方向的動量守恒?！幸慌蠺OC\o"1-5"\h\z(1)做反沖運動的兩部分的動量一定大小相等，方向相反. N)(2)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理. (d)(3)火箭點火后離開地面向上運動，是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果.(x)(4)在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行. (d)(5)火箭發(fā)射時，火箭獲得的機械能來自于燃料燃燒釋放的化學(xué)能.(d)【學(xué)習(xí)過程】任務(wù)一：對反沖運動的理解及計算［例1］一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m=200g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度y=1000m/s.設(shè)火箭質(zhì)量M=300kg,發(fā)動機每秒鐘噴氣20次.(1)當(dāng)?shù)谌螄姵鰵怏w后，火箭的速度多大？(2)運動第1s末，火箭的速度多大？解析：火箭噴氣屬反沖現(xiàn)象，火箭和氣體組成的系統(tǒng)動量守恒，運用動量守恒定律求解.解法一(歸納法)：噴出氣體運動方向與火箭運動方向相反，系統(tǒng)動量可認為守恒.有(M—m)v有(M—m)v1_mv=0mv故v=一v1M—m第二次噴出氣體后，火箭速度為v2(M—2m)v2—mv=(M—m)v1故v.故v.2mv第三次噴出氣體后，火箭速度為v3(M—3m)v3—mv=(M—2m)v2,, 3mv3x0.2x1000,。，故^v2===cccm_ccm/s=2m/sM—3m300—3x0.2

第一章動量守恒定律依此類推，第n次噴出氣體后，火箭速度為與，有nmv(M—nm)vii—mv-［M-(n-1)m］與」，故vn-M_nm因為每秒鐘噴氣20次，所以1s末火箭速度為:20mv 20x0.2x1000m/s-13m/s-13.5m/s.v20M-20m300-20x0.2解法二(整體法)：整體選取研究對象，運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,以火箭和噴出的三次氣體為研究對象，據(jù)動量守恒定律得:(M—3m)v3—3mv—03mv故v3-M—3m-2m^發(fā)動機每秒鐘噴氣20次，以火箭和噴出的20次氣體為研究對象，根據(jù)動量守恒定律得：(M—20m)v20—20mv—01/ 20mv故v20-M—20m-13,5m/s，答案：(1)2m/s(2)13.5m/s［變式訓(xùn)練1-1］一個連同裝備共有100kg的航天員，脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對靜止的狀態(tài)。裝備中有一個高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10min內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出多少氣體？［變式訓(xùn)練［變式訓(xùn)練1-2］如圖所示，裝有炮彈的火炮總質(zhì)量為m1，炮彈的質(zhì)量為m2,炮彈射出炮口時對地的速率為v0,若炮管與水平地面的夾角為仇則火炮后退的速度大小為(設(shè)水平地面光滑)()a m22彩m10ma m22彩m10m2v0 C.m1—m22-0 D.-^-0 m1—m2 m1mvcos0［解析］炮彈和火炮組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒，0-m2v0cos0—(m「m>,得v-胃不，選項C正確.［答案］C任務(wù)二：人船模型［例2］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)量不計的軟繩，為使此人沿軟繩能安全滑到地面，則軟繩至少有多長？［解析］如圖所示，設(shè)繩長為L，人沿軟繩滑至地面的時間為t，由圖可知，L-，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：0-Mv球―0v人即0—M^:球j—m卜t人j，0-Mx球—mx人

聯(lián)立以上各式得:M聯(lián)立以上各式得:M+mL=Mh.M+m［答案］~Mh2Lm2LMM+mMLC.M+m［變式訓(xùn)練2-1］如圖所示，小車(包括固定在小車上的桿)的質(zhì)量為2Lm2LMM+mMLC.M+mB.TM+mmLD-M+m解題指導(dǎo)小球和小車在水平方向上不受外力作用，整個過程中在水平方向系統(tǒng)動量守恒，總動量始終為零，滿足“人船模型”.【答案】B任務(wù)三：爆炸的理解及計算1.特點(1)動量守恒：爆炸是在極短的時間內(nèi)完成的，爆炸物體間的相互作用力遠遠大于受到的外力。(2)動能增加：在爆炸過程中，有其他形式的能量(如化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為動能。(3)位移為零：爆炸時間極短，物體產(chǎn)生的位移很小，可忽略不計，可認為爆炸前后位置不變。［例3］如圖，木塊A、B的質(zhì)量均為m，放在一段粗糙程度相同的水平地面上，木塊A、B間夾有一小塊炸藥(炸藥的質(zhì)量可以忽略不計).讓A、B以初速度%一起從0點滑出，滑行一段距離后到達尸點，速度變?yōu)?，此時炸藥爆炸使木塊A、B脫離，發(fā)現(xiàn)木塊B立即停在原位置，木塊A繼續(xù)沿水平方向前進.已知0、P兩點間的距離為S，設(shè)炸藥爆炸時釋放的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為木塊的動能，爆炸時間很短可以忽略不計，求：Hs H- -I(1)木塊與水平地面的動摩擦因數(shù)獨(2)炸藥爆炸時釋放的化學(xué)能.【答案】：⑴段(2)；mv2 第一章動量守恒定律 【解析熊（1〕設(shè)木塊與地面間的動摩擦因薊為W炸藥爆炸釋放的化學(xué)能為心.從0滑到P?對金由動能定理得e-1r If-一口?2粉季―Q?2股、可:一72川的？解得產(chǎn)需⑵在P點爆炸時,兒片動量守恒，有2泄4二網(wǎng)，根據(jù)能量守恒有同十；-加-獗）=2??n/2,解得西二,洲的［變式訓(xùn)練3-1］有一個質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出，到達最高點時速度大小為%、方向水平向右，在最高點爆炸成質(zhì)量不等的兩塊，其中一塊質(zhì)量為2m，速度大小為v，方向水平向右，則另一塊的速度是（）A.3v0—v B.2v0-3vC.3v0_2v D.2v0+v【答案】C【解析】在最高點水平方向動量守恒，由動量守恒定律可知，3mv0=2mv+mM,可得另一塊的速度為v'=3v0-2v，對比各選項可知，【答案】選C.【鞏固訓(xùn)練】.（多選）采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度（）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（M-m）,速度mv是M,由動量守恒得：（M—m）v'=mv得：M=r，由上式可知：m越大，v越大，M越大.故A、M-mC正確.答案：AC.運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后，火箭做加速運動的原因是（）A.燃料推動空氣，空氣反作用力推動火箭B.火箭發(fā)動機用力將燃料燃燒產(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，則火箭受一向前的推力從而使火箭加速，故只有B正確.

第一章動量守恒定律答案：B3.總質(zhì)量為M的火箭以速度%飛行，質(zhì)量為m的燃料相對于火箭（變化后速度）以速率u向后噴出，則火箭的速度大小為（）mmA.%+Mu B.%—Mum mC.%+M—m（%+） D，%+M—mU答案：A4.如圖所示，一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率%進入太空預(yù)定位置，由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為^1,后部分的箭體質(zhì)量為施2,分離后箭體以速率％沿火箭原方向飛行，若忽略空氣阻力及分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化，則分離后衛(wèi)星的速率%為（）的—一mA.v0-v2 B?%+v2c.v0-m2v2 d.vo+mi（v0-v2）D［火箭和衛(wèi)星組成的系統(tǒng)，在分離前后沿原運動方向上動量守恒，由動量守恒定律有：（m1+m2）v0=m1v1+m2v2，解得：v1=v0+m2（v0-v2），D項正確。］一自身質(zhì)量為100kg的小船靜止在平靜的湖面上，船長為6m,一質(zhì)量為50kg的人從船尾走到船頭，在此過程中船對岸的位移大小為（人行走前人、船均靜止，水的阻力不計）（）A.3m B.2mD.0C.4mD.0【答案】B.有一條捕魚小船停靠在湖邊碼頭，小船又窄又長（估計一噸左右）.一位同學(xué)想用一個卷尺粗略測定它的質(zhì)量.他進行了如下操作：首先將船平行碼頭自由停泊，輕輕從船尾上船，走到船頭后停下來，而后輕輕下船，用卷尺測出船后退的距離為力然后用卷尺測出船長L，已知他自身的質(zhì)量為m，則漁船的質(zhì)量M為（）B.B.~dD.D.md

L-d【答案】B.【解析】據(jù)題意，人從船尾走到船頭過程中，動量守恒，則有：Mv=mv,即Md=mL-d，則船I Lm（L—d）的質(zhì)量為：M=——d——，B正確，A、C、D錯誤..（多選）向空中發(fā)射一物體，不計空氣阻力。當(dāng)此物體的速度恰好沿水平方向時，物體炸裂成〃、b兩塊，若質(zhì)量較大的〃塊的速度方向仍沿原來的方向，則 （）A.b的速度方向一定與原速度方向相反B.從炸裂到落地的這段