14 反冲运动和火箭（教师版）.docx

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1、课程主题：反冲运动和火箭授课时间:学习目标1 .理解反冲运动的概念及原理。2 .掌握应用动量守恒定律分析解决反冲运动问题的方法。3 .知道火箭的工作原理及决定火箭冲力大小的因素，了解我国运载火箭和航天技术的开展。教学内容&迷门测信1.光滑水平轨道上有三个木块4、B、C,质量分别为加入=3加，mB=mc=m,开始时8、C均静止，A以 初速度向右运动，4与3碰撞后分开，3又与C发生碰撞并粘在一起，此后A与B间的距离保持不变。求 8与C碰撞前B的速度大小。一画阴学77777777777777777777777777777777解析：设A与3碰撞后，A的速度为内，B与C碰撞前B的速度为外，B与C碰撞后

2、粘在一起的速度为 。，由动量守恒定律得对 A、5 木块：mAVo=itlaVa+对 3、C 木块：mBVB=(mu+mc)v由A与B间的距离保持不变可知Va = V联立以上各式解得Vb=V0o答案：.定律得g一=。，整理解得。2 =群，C错误；如果0=6。，在炮弹出射瞬间对于炮身和炮弹组成的系统在水平方向上动量守恒，设炮身后退的速度为V3, 200cos 60。一施3 = 0,解得03 =6D正确。4. 一辆小车置于光滑水平面上，车左端固定一水平弹簧枪，右端装一网兜。假设从弹簧枪中发射一粒弹 丸，恰好落在网兜内，小车将（空气阻力不计）（）A.向左移动一段距离停下B.在原位置没动C.向右移动一段

3、距离停下D. 一直向左移动解析：选A 此题属于“人船模型”，弹丸相当于“人”，车及其上固定的弹簧枪相当于“船”。发射 弹丸后，车向左移动，弹丸落入网兜的同时车停下，A正确。5 .某小组在探究反冲运动时，将质量为加1的一个小液化瓶固定在质量为加2的小玩具船上，利用液化瓶 向外喷射气体作为船的动力。现将整个装置静止放在平静的水面上，翻开液化瓶后向外喷射气体的对地 速度为S,如果在某段时间内向后喷射的气体的质量为Am,忽略水的阻力，那么喷射出质量为Am的气体后 小船的速度是多少？解析：取小船运动的方向为正方向,由动量守恒定律得:0=(/n 1 + m2Am)z7船Amg解得：u解得：um +/n2A

4、m0答案：、 mi +m2Am6 .（2018汕头高二检测）以下不属于反冲运动的是（）A.喷气式飞机的运动8 .物体做自由落体的运动C.火箭的运动D.还击式水轮机的运动解析：选B 喷气式飞机和火箭都是靠喷出气体，通过反冲获得前进的动力；还击式水轮机靠水轮击打 水，通过反冲获得动力。7 .运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是（）A.燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭8 .火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭C.火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭解析：选B 与火箭发生相互作

5、用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气。火箭的工作原理是利用反 冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度，B正确。8.（2018龙岩检测）我国发射的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站实现了完美对接。假设“神 舟十一号”飞船到达对接点附近时对地的速度为此时的质量为m；欲使飞船追上“天宫二号”实现对 接，飞船需加速到飞船发动机点火，将质量为加的燃气一次性向后喷出，燃气对地向后的速度大小为 力。这个过程中，以下各表达式正确的选项是（）1 . mv=mvmv28 . mvmV + bmuC . mv=（mi Nnw?D . nw = （m-Am）r i + Nn

6、w?解析：选C 飞船发动机点火喷出燃气，由动量守恒定律得m=（2Anwz,选项C正确。9 .（2018烟台高二检测）如下图，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为内，突然炸成两块，质 量为机的一块以速度0沿次）的方向飞去，那么另一块的运动（）A. 一定沿。o的方向飞去B. 一定沿的反方向飞去C.可能做自由落体运动D.以上说法都不对Mvonw解析：选C 取伏）的方向为正方向，根据动量守恒得Mo（）=nw+（Mm），解得。=o mv 可能大于、小于或等于Moo,所以o可能小于、大于或等于零，故C正确。10 .质量为2、半径为R的小空心球，放在半径为2R、质量为2m的大空心球内，大球开始静止在光滑

7、水 平面上。当小空心球从如下图的位置无初速度沿内壁滚到最低点时，大球移动的距离是（）确。R RA. B.yM RC4 D6解析：选BR由水平方向动量守恒有HLT小球一大球=0,又X小球+x大球=R,解得X大球=711 .如下图，一炮车从静止沿着光滑斜面自由下滑了 /距离时，进行水平射击。炮身及炮弹的质量分别为M和如 斜面与水平面的夹角为凡假设欲使炮身在发射时停止滑动，炮弹的出口速度。应为多大?解析：在炮身反冲时，沿斜面方向，系统所受重力的分量远小于炮弹与炮身的相互作用力，可视为系统 沿斜面方向的动量守恒。设炮车下滑了/距离时，速度为如由机械能守恒定律得(M+z)g/sin 0=由机械能守恒定律

8、得(M+z)g/sin 0=加(M+mN2g/sin 解得欲使炮身停止滑动，设炮弹的出口速度为。，沿斜面方向由动量守恒定律得(M+zWo=仞cosO+O加cos 0答案:mcos 0弹性碰撞没有动能损失碰撞碰撞非弹性碰撞有动能损失应用反冲完全非弹性碰撞碰后以共同速度运动，动能损失最大在系统内力作用下，系统内的一局部物体向某一方向发生动量 变化时，系统内其余局部物体向反方向发生动量变化的现象爆炸三温故知新1. 一航天探测器完成对月球的探测后，离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球外表成一定倾角的 直线飞行，先加速运动后匀速运动。探测器通过喷气而获得动力，以下关于喷气方向的说法正确的选项是（）A.

9、探测器加速运动时，向后喷气B.探测器加速运动时，竖直向下喷气C.探测器匀速运动时，竖直向下喷气D.探测器匀速运动时，不需要喷气解析：选C 探测器由静止开始沿着与月球外表成一定倾角的直线飞行，加速运动时，加速度的方向沿 运动的直线方向，即合力的方向沿运动的直线方向，而探测器受到月球的万有引力方向竖直向下，所以，反 冲力方向与运动的直线成一角度斜向上，那么喷气方向与运动的直线成一角度斜向下，A、B错误；探测器匀 速运动，即所受合力为零，探测器受到的月球的万有引力竖直向下，那么受到的喷出气体的反冲力竖直向上， 因此，探测器竖直向下喷气，C正确，D错误。2 .穿着溜冰鞋的人，站在光滑的冰面上，沿水平方

10、向举枪射击，设射出第一颗子弹后，人后退的速度 为v,贝1（）A.无论射出多少颗子弹，人后退的速度为。保持不变8 .射出颗子弹后，人后退的速度为加C.射出颗子弹后，人后退的速度大于加D.射出颗子弹后，人后退的速度小于加解析：选C 设人、枪（包括子弹）的总质量为每颗子弹的质量为加，子弹射出的速度大小为次），由 动量守恒定律得0 = （A/一机）。一机伙），设射出颗子弹后，人后退的速度为o,那么有（M=nmv（）,由.x t , mva以上分析有二京.x t , mva以上分析有二京M-nm因为nm,所以有 小nv, C正确。9 .如图，光滑水平面上有质量为100 kg、长度为4 m的平板小车，小车

11、两端站着A、8两人，A质量为 70 kg, B质量为30 kg,两人交换位置，此过程中小车移动的位移是（）A. 0.8 m B. 2.8 m C. 1.2 m D. 1.6 m解析：选A 两人交换位置的过程中，两个人以及小车组成的系统动量守恒，设小车的质量为M, A的质量为mA, 8的质量为mB,以向右为正方向，根据动量守恒定律得：/期内=加3办+加。，设小车的长度为 L,运动的位移为%,由于运动时间相等，结合位移关系得：mAL%）=+x）+Mx,代入数据解得：x=0.8 m, A 正确。10 春节期间小孩子经常玩“冲天炮”，有一个被点燃的“冲天炮”向下喷出气体后竖直向上运动，其 中有一段时间

12、内“冲天炮”向上做匀速直线运动，假设“冲天炮”在这段时间内受到的阻力不变，那么在这段 时间内“冲天炮”（）A.所受的合力为零 B.受到的反冲力变小C.机械能不变D.动量变小解析：选A 由于“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动，处于平衡状态，所以“冲天炮”受到的合 力为零，A正确；“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动，反冲力与重力、阻力平衡，保持不变，B错 误；“冲天炮”在这段时间内做匀速直线运动，速度不变，动量不变，动能不变，重力势能增加，故机械能 一定增加，C、D错误。11 （2018日照中学检测）在光滑的水平面上停放一辆平板车，一小孩站在平板车的最左端，小孩和平板 车的总质量为M,某时刻小

13、孩将一质量为m的物体沿水平向右的方向抛出，经过一段时间物体落在平板车 上，此时物体和平板车立即相对静止。物体的落地点距离小孩的水平间距为九=4 m,物体的抛出点距离 平板车上外表的高度为1.25 m、M=19m,整个过程中小孩与平板车始终保持相对静止，重力加速度g= 10 m/s2o那么小孩抛出物体的瞬间平板车的速度应为多大？解析：小孩抛出物体的瞬间，小孩、平板车以及物体组成的系统动量守恒，设抛出的物体的水平速度大 小是V1,平板车的反冲速度大小是V2,那么由动量守恒定律得mvMv2=0又 M= 19m解得。2=正。1物体被抛出后做平抛运动，平板车以做匀速运动，运动时间为r=y=0.5 s在这

14、段时间内物体水平位移的大小和平板车位移的大小分别为X=Vt, X2 = V2t解得。2=0.4 m/so答案：0.4 m/s你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？ 它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通 过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地 运动:章鱼能够调整喷水的方向，这样可 以使得身体向任意方向前进。章鱼游动时表达了什么物理原理？知识点一（爆炸与碰撞的比拟）【知识梳理】爆炸碰撞不 同 点动能情况有其他形式的能转化为动 能，动能会增加弹性碰撞时动能不变，非弹性碰撞时动能要 损失，动能转化为内能相 同点过程 特点都是物体间的相互作用突然发生，相互作用的力为变力，作用时间很短，平 均作用力很大，且远大于

15、系统所受的外力，所以可以认为碰撞、爆炸过程中 系统的总动量守恒过程模型由于碰撞、爆炸过程相互作用的时间很短，作用过程中物体的位移很小，一 般可忽略不计，因此可以把作用过程看成理想化过程来处理，即作用后物体 仍从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动能量 情况都满足能量守恒定律，总能量保持不变【例题精讲】例1.一炮弹质量为如 相对水平方向以一定的倾角e斜向上发射，发射速度为炮弹在最高点爆炸成 两块，其中一块以原速率沿原路径返回，质量为与，求：(1)另一块爆炸后瞬间的速度大小；(2)爆炸过程系统增加的机械能。解析(1)炮弹在水平方向上做匀速直线运动，在最高点处爆炸前的速度0i=0COSa设V的方向为正

16、方向，由动量守恒定律得m, 、. mmv=Vi)+V2,解得 02=3ocos Go(2)爆炸过程中系统增加的机械能-1 机门 1 m O 10AEk=2-yT +了56产5,解得 AEk=2m(vcos 8)2。答案(1 )3ocos 0 (2)2m(i?cos点评处理爆炸问题的考前须知1 .在处理爆炸问题，列动量守恒方程时应注意：爆炸前的动量是指即将爆炸那一刻的动量，爆炸后的 动量是指爆炸刚好结束时那一刻的动量。2 .在碰撞过程中，系统的动量守恒，但机械能不一定守恒；在爆炸过程中，系统的动量守恒，机械能 一定不守恒。【课堂练习】1.在军事演习中，一炮弹在离地面高。处时的速度方向恰好沿水平方

17、向向左，速度大小为。，此时炮弹 炸裂成质量相等的两块，设消耗的火药质量不计，爆炸后前半块的速度方向仍沿水平方向向左，速度大小为 3a求两块弹片落地点之间的水平距离为多大。解析：设爆炸后每块弹片的质量均为加，取向左为正方向，由动量守恒定律得2mv=nv3v+mv,vr =V,即o方向向右由平抛运动规律知,由平抛运动规律知,弹片落地时间t=因此两块弹片落地点间的水平距离为知识点二(反冲运动及分析方法)【知识梳理】一、反冲1 .定义：一个静止的物体在必也的作用下分裂为两个局部，一局部向某个方向运动，另一局部必然向 相反方向运动的现象。2 .特点(1)物体的不同局部在内力作用下向相反方向运动。(2)反

18、冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。3 .反冲现象的应用和防止(1)应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。(2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以 减少反冲的影响。说明1 .反冲运动中，一般情况下内力远大于外力，故可以应用动量守恒定律分析。2 .反冲运动中，有其他形成的能转化为机械能，所以系统的总动能是增加的。判一判1 .反冲运动可以用动量守恒定律来处理(J)2 . 一切反冲现象都是有益的(义)3 .章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理(J)二、火箭1 .工作原理：利用反冲运动,火箭燃料

19、燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得 巨大速度。2 .构造(主要有两大局部)：箭体和燃料。3 .特点：箭体和喷出的燃料气体满足动量守恒定律。4 .影响火箭获得速度大小的因素(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2 0004 000 m/So(2)质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。喷气速度越大,质量比越大,火箭获 得的速度越大。注意1 .火箭问题一般是变质量问题，随着燃料气体向外喷出，火箭本身的质量不断减小。2 .分析火箭的反冲运动，喷出的气体和火箭的速度大小的判断要选择同一参考系。选一选一枚火箭搭载着卫星以速率。0进入太空预定位置，由控制系统使箭

20、体与卫星别离。前局部的卫星质量为如，后局部的箭体质量为根2,别离后箭体以速率。2沿火箭原方向飞行，假设忽略空气阻力及别离前后系 统质量的变化，那么别离后卫星的速率。为（）VO*V2- V1三匚R 三口三DA.衣）02B. 0o+02小机2门_1_机2/、C-内一/2D.。+嬴（如6）解析：选D 根据动量守恒定律有（如+加2）。0 =w+m2。2,可得。1=。0+（00 。2）,故D正确。tfl I三、反冲运动的处理方法（1）反冲运动过程中系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略，可以用动量守恒定律 分析解决问题。（2）反冲运动过程中系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，

21、但系统在某一方向上不受外力 或外力在该方向上的分力之和为零，那么系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以用该方向上动量守恒分 析解决。四、讨论反冲运动应注意的问题（1）速度的方向性：对于原来静止的物体，抛出具有一定速度的一局部物体后，剩余局部向抛出物体速度 的反方向运动。如果原来物体是运动的，抛出局部的速度与原来反向时，剩余局部加速；抛出局部的速度与 原来同向时，剩余局部减速、静止、反向都有可能。（2）速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。但是动量守恒 定律中要求速度是对同一参考系的速度（通常为对地的速度）。因此应先将相对速度转换成对地的速度，再列 动量守

22、恒定律方程。（3）变质量问题：在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗， 火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互 作用的这个过程为研究过程来进行研究。【例题精讲】例L一火箭喷气发动机每次喷出机=200 g的气体，气体喷出时的速度v=l 000 m/s,设火箭质量M= 300 kg,发动机每秒喷气20次。当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大?运动第1s末，火箭的速度为多大?解析解法一：（1）喷出气体的运动方向与火箭的运动方向相反，气体和火箭系统动量守恒。设第一次气体喷出后火箭速度为01,.mv有(M机)。1

23、hw=0, 所以 V=-M-m设第二次气体喷出后，火箭速度为。2,有(M22)。2 -/加= (A1一加%1,“ 2mv所以6=而二万第三次气体喷出后，火箭速度为。3,有(M 3m)V3mv=(A/- 2m)V2心、 3mv 3X0.2X 1 000所以 S=31 3003X0.2 襁弋2 m/s。（2）由（1）中推导可知，设第次气体喷出后，火箭速度为vfl9有（M一）及冗一（一-1因为每秒喷气20次，所以第1s末火箭速度为20mv 20X0.2X1 000号1=7；m/sF3.5 m/s。A120m300 20X0.2解法二：（1）设喷出三次气体后火箭的速度为S,以火箭和喷出的三次气体为研究

24、对象，根据动量守恒定 律，得(M 32)。33mi?=0（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，有（加一 20m）02020皿=0“20mv所以 V2o=一玄一七 13.5 m/So答案（1）2 m/s （2）13.5 m/s点评火箭点燃、喷书过程中内力远大于重力和空气阻力，故可以应用动量守恒定律。【课堂练习】1. (2018青岛高二检测)一质量为的航天器，正以速度。o在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为3,加速后航天器的速度大小为。2,那么喷出气体的质量加为(。2一 次)A. m=MVB.V2m;M02一 次

25、)C 二赤MD.V2-V()_ m-MV2V解析：选C 规定航天器的速度方向为正方向，由动量守恒定律得，Mvo=(Mm)V2mv,解得m=V2Vo八乔清，故C正确。知识点三(“人船模型”问题)【知识梳理】1 .“人船模型”问题的特征两个原来静止的物体发生相互作用时，假设所受外力的矢量和为零，那么动量守恒。在相互作用的过程中， 任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。2 .处理“人船模型”问题的关键(1)处理思路：利用动量守恒，先确定两物体的速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。用动量守恒定律求位移的题目，大都是系统原来处于静止状态，然后系统内物体相互作用，

26、此时动量 守恒表达式经常写成如。1m2。2 = 0的形式，式中。1、是两物体末状态时的瞬时速率；此种状态下的动量守恒过程中，任意时刻的系统总动量为零，因此任意时刻的瞬时速度和。2都与各 物体的质量成反比，所以全过程的平均速度也与质量成反比，即有如石仅32 = 0；如果两物体相互作用的时间为3在这段时间内两物体的位移大小分别为乐和孙那么有加丹一加2乎=0, BP mixim2%2=0o(2)解题时要画出各物体的位移关系草图，找出它们各自相对地面位移的关系。【例题精讲】例L有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长（估计重一吨左右）。一位同学想用一个卷尺粗略测 定它的质量，他进行了如下操作：首先将

27、船平行码头自由停泊，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下， 而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离d,再用卷尺测出船长Lo他自身的质量为2,那么小船的质量 为多少？解析如下图，设该同学在时间/内从船尾走到船头，由动量守恒定律知，人、船在该时间内的平 均动量大小相等，即大s,、= Ld解得乂=叱。点评处理“人船模型”时应注意的两个问题1 . “人船模型”问题中，两物体的运动特点是：人走船行、人停船停。2 .问题中的“船长”通常应理解为“人”与“船”的相对位移，而在求解过程中应讨论的是“人”及 “船”对地的位移。【课堂练习】1.（2018洛阳一高期中）如下图，一个质量为mi = 50 kg的人抓在一

28、只大气球下方，气球下面有一根长 绳。气球和长绳的总质量为m2=20 kg,长绳的下端刚好和地面接触，初始静止时人离地面的高度为h = 5 mo如果这个人开始沿长绳向下滑动，当他滑到长绳下端时，他离地面高度约为（可以把人看成质点）（）A. 5 m B. 3.6 m C. 2.6 m D. 8 m解析：选B 以竖直向下为正方向，当人滑到长绳下端时，由竖直方向动量守恒得如历一根2/22 = 0,且 h+h2=h,解得/zi=m,所以他离地面的高度=一加P3.6 m,选项B正确。禅堂检测1 . （2017.全国卷I）将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度

29、从火 箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽 略）（）A. 30 kg-m/sB. 30 kg-m/sC. 5.7X102 kg-m/sC. 6.0X102 kg-m/s D. 6.3 X102 kg-m/s解析：选A 燃气从火箭喷口喷出的瞬间，火箭和燃气组成的系统动量守恒，设燃气喷出后的瞬间，火 箭的动量大小为p,根据动量守恒定律，可得pmvo=O,解得p=mz?o=（0.050X600）kg-m/s = 3（） kg-m/s,选 项A正确。2 .小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如下图，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分 别为S

30、、S、S3、5（图中未全画出）。要使小车向前运动，可采用的方法是（）S2（后）S2（后）S（前）A.翻开阀门S B.翻开阀门S2C.翻开阀门邑 D.翻开阀门乂解析：选B 应利用反冲的原理使小车向前运动，故应翻开阀门S2, B对。3 .多项选择（2018绍兴中学检测）在某次军演中，炮兵使用了炮口与水平方向的夹角。可调节的迫击炮，已 知迫击炮的总质量为M（不包括炮弹的质量），炮弹的质量为加，忽略迫击炮与水平面之间的摩擦力及炮管长 度。那么以下说法正确的选项是（）A.如果。=0。，炮弹相对地面的速度为。时，炮身后退的速度为著” M-mB.如果8=0。，炮弹相对地面的速度为。时，炮身后退的速度为箸C.如果夕=0。，炮弹相对炮口的速度为如时，炮身后退的速度为詈 MmD.如果8=60。，炮弹相对地面的速度为如时，炮身后退的速度为笠Li KZ解析：选BD 如果9=0。，炮弹沿水平方向射出，炮身和炮弹组成的系统满足动量守恒定律，假设炮弹相 对地面的速度为皿，那么相。（）一痴1=0,解得仍=箸，A错误，B正确；如果9=0。，炮弹相对炮口的速度为00时，假设炮弹相对地面的速度大小为02,炮身相对地面的速度大小为02,，那么02 =研）一。2,由动量守恒