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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

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_第1页
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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,...

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