高中物理 第十六章 动量守恒定律 7 反冲运动 火箭导学案 新人教版选修3-5-新人教版高二选修3-5物理学案VIP免费

7反冲运动火箭[目标定位]1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.2.理解反冲运动的原理，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题.3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素．一、反冲[问题设计]把一个气球吹起来，用手捏住气球的吹气口，然后突然放开，让气体喷出，简述观察到的现象．答案气体向后运动，气球向前运动．[要点提炼]1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动．这个现象叫做反冲．2．反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：物体间作用力与反作用力产生的效果．(2)遵循的规律：反冲运动是内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远大于外力，所以可以认为系统的总动量是守恒的．3．注意的问题(1)速度的反向性：原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分反冲速度的方向与抛出部分相反．(2)速度的相对性：一般指对地速度．二、火箭[问题设计]设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v′.答案在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒．取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv′－(M－m)v则由动量守恒定律得mv′－(M－m)v＝0所以v′＝v＝v1[要点提炼]1．工作原理：利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得向前的速度．2．火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度和质量比(火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定．3．火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用．在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题．三、“人船模型”探究[问题设计]如图1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，求船和人相对地面的位移各为多少？图1答案设任一时刻人与船相对地面的速度大小分别为v1、v2，作用前都静止．因整个过程中动量守恒，所以有mv1＝Mv2而整个过程中的平均速度大小为、，则有m＝M.两边乘以时间t有mt＝Mt，即mx1＝Mx2.且x1＋x2＝L，可求出x1＝L，x2＝L.[要点提炼]1．两物体满足动量守恒定律：m11－m22＝0.2．运动特点：人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即＝＝.3．应用此关系时要注意一个问题：即公式中v、和x一般都是相对地面而言的．2一、反冲运动的应用例1一个静止的质量为M的不稳定原子核，当它放射出质量为m、速度为v的粒子后，原子核剩余部分的速度为()A．－vB.C.D.解析以原子核为一系统，放射过程中由动量守恒定律(M－m)v′＋mv＝0得v′＝－.答案B例2如图2所示，水平地面上放置一门大炮，炮身质量为M，炮筒与水平方向成θ角，今相对地面以速度v发射一炮弹，若炮弹质量为m，求炮身的后退速度．图2解析炮弹和炮身组成的系统在水平方向动量守恒，以炮弹的水平速度方向为正方向，由动量守恒定律可知：0＝mvcosθ－Mv′解得v′＝，方向与炮弹的水平速度方向相反．答案，方向与炮弹的水平速度方向相反二、火箭问题的分析例3一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机时速度v＝1000m/s，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次，求：(1)当第3次气体喷出后，火箭的速度多大？(2)运动第1s末，火箭的速度多大？解析由于每次喷气速度都一样，可选整体为研究对象，运用动量守恒定律来求解．(1)设喷出3次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的3次气体为研究对象，根据动量守恒定律可得(M－3m)v3－3mv＝03解得v3＝≈2m/s(2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律可得(M－20m)v20－20mv＝0得v20＝≈13.5m/s答案(1)2m/s(2)13.5m/s三、“人船模型”的应用例4有一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾．如果人的质量m＝60kg，...