1-6-反沖現(xiàn)象-火箭(人教版2019版選擇性必修第一冊(cè))-(原卷版)

1.6反沖現(xiàn)象火箭學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．會(huì)應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決有關(guān)反沖運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題；2．知道火箭的原理及應(yīng)用。重點(diǎn)：反沖運(yùn)動(dòng)的處理。難點(diǎn)：火箭的原理。知識(shí)點(diǎn)一、反沖運(yùn)動(dòng)1．定義：一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分為兩部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另外一個(gè)部分必然向相反方向運(yùn)動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象叫反沖運(yùn)動(dòng)。2．三個(gè)特點(diǎn)（1）兩部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。（2）內(nèi)力往往遠(yuǎn)大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒或在某一方向動(dòng)量守恒。（3）系統(tǒng)的機(jī)械能增加，因?yàn)橛衅渌问降哪苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能?！绢}1】下列幾種運(yùn)動(dòng)模型不屬于反沖現(xiàn)象的是A．B．C．D．【題2】以下實(shí)例中不是利用反沖現(xiàn)象的是A．當(dāng)槍發(fā)射子彈時(shí)，槍身會(huì)同時(shí)向后運(yùn)動(dòng)B．烏賊向前噴水從而使自己向后游動(dòng)C．火箭中的火藥燃燒向下噴氣推動(dòng)自身向上運(yùn)動(dòng)D．戰(zhàn)斗機(jī)在緊急情況下拋出副油箱以提高機(jī)身的靈活性3．反沖運(yùn)動(dòng)遵循的規(guī)律—?jiǎng)恿渴睾愣伞?．分析反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)該注意的兩個(gè)問(wèn)題（1）速度的方向性：對(duì)于原來(lái)靜止的整體，在列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則反方向的另一部分的速度就要取負(fù)值。（2）速度的相對(duì)性：反沖問(wèn)題中，若已知相互作用的兩物體的相對(duì)速度，由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度，通常為對(duì)地的速度。因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后，再列動(dòng)量守恒定律方程。（3）變質(zhì)量問(wèn)題：在反沖運(yùn)動(dòng)中，由于原來(lái)的物體分為兩部分（或多個(gè)部分），這樣，對(duì)于原來(lái)的物體質(zhì)量發(fā)生變化。5．反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用及防止（1）應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置利用反沖使水從噴口噴出時(shí)，一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)。（2）防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響?！绢}3】（多選）光滑水平面上放有一上表面光滑、傾角為α的斜面體A，斜面體質(zhì)量為M、底邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，如圖所示。將一質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊B從斜面的頂端由靜止釋放，滑塊B經(jīng)過(guò)時(shí)間t剛好滑到斜面底端。此過(guò)程中斜面對(duì)滑塊的支持力大小為FN，則下列說(shuō)法中正確的是A．FN=mgcosαB．滑塊下滑過(guò)程中支持力對(duì)B的沖量大小為FNtC．滑塊B下滑的過(guò)程中A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D．此過(guò)程中斜面體向左滑動(dòng)的距離為【題4】如圖略不計(jì)）（1）若橡皮塞噴出時(shí)獲得的水平速度v＝2.9m/s，求小車(chē)的反沖速度？（2）若橡皮塞噴出時(shí)速度大小不變，方向與水平方向成60°角，求小車(chē)的反沖速度？（小車(chē)一直在水平方向運(yùn)動(dòng)）【題5】課外科技小組制作一只“水火箭”，用壓縮空氣壓出水流使火箭運(yùn)動(dòng)。假如噴出的水流速度為10m/s（對(duì)地），水流流量保持2.0×10－4m3/s，啟動(dòng)前火箭的總質(zhì)量為1.4kg。則啟動(dòng)2s末火箭的速度可達(dá)到多少？（已知火箭沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)軌道的阻力不計(jì)，水的密度ρ水＝1×103kg/m3）知識(shí)點(diǎn)二、火箭1．火箭：現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力向前推進(jìn)的飛行器。2．火箭的工作原理：火箭是利用了反沖原理。當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時(shí)，從尾部噴出的高速氣體具有很大的動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，即mΔv+Δmu=0，解得Δv=?，火箭獲得大小相等、方向相反的動(dòng)量。因而發(fā)生連續(xù)的反沖現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時(shí)，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。3．影響火箭速度大小的因素：根據(jù)Δv=?可知，火箭性能參數(shù)與噴氣速度u和火箭質(zhì)量比有關(guān)。（1）噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2.5km/s，提高到u在2000~4000m/s需很高的技術(shù)水平。（2）質(zhì)量比：火箭開(kāi)始飛行時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過(guò)10。4．分析火箭類(lèi)問(wèn)題應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題（1）火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。（2）明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度。（3）列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。5．現(xiàn)代火箭的主要用途：利用火箭作為運(yùn)載工具，例如發(fā)射探測(cè)儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。【題6】如圖所示，一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)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m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分離后箭體以速率v2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v1為A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2D．v0＋eq\f(m2,m1)（v0－v2）【題7】一個(gè)宇航員連同裝備的總質(zhì)量為100kg，在空間跟飛船相距45m處相對(duì)飛船處于靜止?fàn)顟B(tài)，他帶有一個(gè)裝有0.5kg氧氣的貯氧筒，貯氧筒上有一個(gè)可以使氧氣以50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員必須向著跟返回飛船方向相反的方向釋放氧氣，才能回到飛船上，同時(shí)又必須保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸，已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10－4kg/s，試問(wèn)瞬間噴出多少氧氣，宇航員才能安全返回飛船？【題8】一火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v＝1000m/s（相對(duì)地面），設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。求當(dāng)經(jīng)過(guò)三次氣體噴出后，火箭的速度？知識(shí)點(diǎn)三、反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用——“人船模型”的處理方法1．“人船模型”問(wèn)題的特征：兩個(gè)原來(lái)靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒。在相互作用的過(guò)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(wèn)題歸為“人船模型”問(wèn)題。2．處理“人船模型”問(wèn)題的關(guān)鍵（1）利用動(dòng)量守恒，確定兩物體速度關(guān)系，再確定兩物體通過(guò)的位移的關(guān)系。由于動(dòng)量守恒，所以任一時(shí)刻系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，動(dòng)量守恒式可寫(xiě)成m1v1＝m2v2的形式（v1、v2為兩物體的瞬時(shí)速率），表明任意時(shí)刻的瞬時(shí)速率都與各物體的質(zhì)量成反比。所以全過(guò)程的平均速度也與質(zhì)量成反比。進(jìn)而可得兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。（2）解題時(shí)要畫(huà)出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長(zhǎng)度間的關(guān)系。（3）適用條件—“人船模型”是利用平均動(dòng)量守恒求解的一類(lèi)問(wèn)題。①系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動(dòng)量為零。②在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中至少有一個(gè)方向的動(dòng)量守恒，注意兩物體的位移是相對(duì)同一參考系的位移。3．“人船模型”的推論（1）運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：人動(dòng)船動(dòng)，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，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。（2）x人＝eq\f(M,M＋m)L，x船＝eq\f(m,M＋m)L，即x人、x船大小與人運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。（3）由上面可得eq\f(x人,x船)＝eq\f(M,m)，人、船的位移（在系統(tǒng)滿(mǎn)足動(dòng)量守恒的方向上的位移）與質(zhì)量成反比?！绢}9】有一只小船停在靜水中，船上一人從船頭走到船尾．如果人的質(zhì)量m＝60kg，船的質(zhì)量M＝120kg，船長(zhǎng)為l＝3m，則船在水中移動(dòng)的距離是多少？（水的阻力