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

1.6反沖現(xiàn)象火箭學習目標：1．會應用動量守恒定律解決有關反沖運動的問題；2．知道火箭的原理及應用。重點：反沖運動的處理。難點：火箭的原理。知識點一、反沖運動1．定義：一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分為兩部分，一部分向某個方向運動，另外一個部分必然向相反方向運動，這個現(xiàn)象叫反沖運動。2．三個特點（1）兩部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。（2）內(nèi)力往往遠大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠大于外力，所以系統(tǒng)動量守恒或在某一方向動量守恒。（3）系統(tǒng)的機械能增加，因為有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能。【題1】下列幾種運動模型不屬于反沖現(xiàn)象的是A．B．C．D．【題2】以下實例中不是利用反沖現(xiàn)象的是A．當槍發(fā)射子彈時，槍身會同時向后運動B．烏賊向前噴水從而使自己向后游動C．火箭中的火藥燃燒向下噴氣推動自身向上運動D．戰(zhàn)斗機在緊急情況下拋出副油箱以提高機身的靈活性3．反沖運動遵循的規(guī)律—動量守恒定律。4．分析反沖運動應該注意的兩個問題（1）速度的方向性：對于原來靜止的整體，在列動量守恒方程時，可任意規(guī)定某一部分的運動方向為正方向，則反方向的另一部分的速度就要取負值。（2）速度的相對性：反沖問題中，若已知相互作用的兩物體的相對速度，由于動量守恒定律中要求速度為對同一參考系的速度，通常為對地的速度。因此應先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程。（3）變質(zhì)量問題：在反沖運動中，由于原來的物體分為兩部分（或多個部分），這樣，對于原來的物體質(zhì)量發(fā)生變化。5．反沖運動的應用及防止（1）應用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置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?！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、底邊長為L，如圖所示。將一質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的滑塊B從斜面的頂端由靜止釋放，滑塊B經(jīng)過時間t剛好滑到斜面底端。此過程中斜面對滑塊的支持力大小為FN，則下列說法中正確的是A．FN=mgcosαB．滑塊下滑過程中支持力對B的沖量大小為FNtC．滑塊B下滑的過程中A、B組成的系統(tǒng)動量守恒D．此過程中斜面體向左滑動的距離為【題4】如圖略不計）（1）若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v＝2.9m/s，求小車的反沖速度？（2）若橡皮塞噴出時速度大小不變，方向與水平方向成60°角，求小車的反沖速度？（小車一直在水平方向運動）【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動。假如噴出的水流速度為10m/s（對地），水流流量保持2.0×10－4m3/s，啟動前火箭的總質(zhì)量為1.4kg。則啟動2s末火箭的速度可達到多少？（已知火箭沿水平方向運動時軌道的阻力不計，水的密度ρ水＝1×103kg/m3）知識點二、火箭1．火箭：現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃氣獲得反作用力向前推進的飛行器。2．火箭的工作原理：火箭是利用了反沖原理。當火箭推進劑燃燒時，從尾部噴出的高速氣體具有很大的動量，根據(jù)動量守恒定律，即mΔv+Δmu=0，解得Δv=?，火箭獲得大小相等、方向相反的動量。因而發(fā)生連續(xù)的反沖現(xiàn)象，隨著推進劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當推進劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預定的空間軌道飛行。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。（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需很高的技術水平。（2）質(zhì)量比：火箭開始飛行時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達到的質(zhì)量比不超過10。4．分析火箭類問題應注意的三個問題（1）火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象。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法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地的速度。（3）列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。5．現(xiàn)代火箭的主要用途：利用火箭作為運載工具，例如發(fā)射探測儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等?！绢}6】如圖所示，一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進入太空預定位置，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處相對飛船處于靜止狀態(tài)，他帶有一個裝有0.5kg氧氣的貯氧筒，貯氧筒上有一個可以使氧氣以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)動機每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v＝1000m/s（相對地面），設火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣20次。求當經(jīng)過三次氣體噴出后，火箭的速度？知識點三、反沖運動的應用——“人船模型”的處理方法1．“人船模型”問題的特征：兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，若所受外力的矢量和為零，則動量守恒。在相互作用的過程中，任一時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．處理“人船模型”問題的關鍵（1）利用動量守恒，確定兩物體速度關系，再確定兩物體通過的位移的關系。由于動量守恒，所以任一時刻系統(tǒng)的總動量為零，動量守恒式可寫成m1v1＝m2v2的形式（v1、v2為兩物體的瞬時速率），表明任意時刻的瞬時速率都與各物體的質(zhì)量成反比。所以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eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。（2）解題時要畫出各物體的位移關系草圖，找出各長度間的關系。（3）適用條件—“人船模型”是利用平均動量守恒求解的一類問題。①系統(tǒng)由兩個物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動量為零。②在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對運動的過程中至少有一個方向的動量守恒，注意兩物體的位移是相對同一參考系的位移。3．“人船模型”的推論（1）運動特點：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，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船大小與人運動時間和運動狀態(tài)無關。（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)滿足動量守恒的方向上的位移）與質(zhì)量成反比。【題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，船長為l＝3m，則船在水中移動的距離是多少？（水的阻力