2017_2018学年高中物理第一章碰撞与动量守恒1.4反冲运动教学案粤教版.docx

第四节反冲运动目标定位1.了解反冲运动及反冲运动的应用.2.能够应用动量守恒定律解决反冲运动的相关问题.3.了解火箭的飞行原理及决定火箭最终速度大小的因素一、反冲运动1反冲：当一个物体向某一方向射出(或抛出)其中的一部分时，这个物体的剩余部分将向相反方向运动的现象叫反冲2反冲现象遵循动量守恒定律想一想为什么反冲运动系统动量守恒？答案反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的总动量是守恒的二、火箭1工作原理：火箭的工作原理是反冲运动，其反冲过程动量守恒它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度2火箭的最终速度取决于两个条件：一是向后的喷气速度v；二是质量比，即火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对反冲运动的理解1反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果(2)条件：系统不受外力或所受外力之和为零；内力远大于外力；系统在某一方向上不受外力或该方向所受外力之和为零；(3)反冲运动遵循动量守恒定律2讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的反向性：对于原来静止的整体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的速度方向与被抛出部分的速度方向必然相反(2)速度的相对性：一般都指对地速度【例1】质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧，静置于光滑水平桌面上，当用板挡住小球A而只释放B球时，B球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上，如图1所示若再次以相同力压缩该弹簧，取走A左边的挡板，将A、B同时释放，则B球的落地点距桌边()图1A. B. s Cs D. s答案D解析挡板挡住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有Epmv，挡板撤走后，弹性势能被两球平分，则有Ep2mvB2，由以上两式解得vBvB，由平抛运动知识可知svBt，svBt，所以ss，D对针对训练如图2所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为，炮弹出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度v为_图2答案解析取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒炮弹发射前，系统的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos ，根据动量守恒定律有：mv0cos Mv0所以炮车向后反冲的速度为v.二、火箭的原理1火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比(火箭开始起飞时的质量与燃料燃尽时的质量之比)两个因素决定2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【例2】一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机喷出时的对地速度v1 000 m/s.设火箭质量M300 kg，发动机每秒钟喷气20次(计算结果在小数点后保留一位有效数字)(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？答案(1)2.0 m/s(2)13.5 m/s解析火箭喷气属于反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解(1)选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M3m)v33mv0，故v32.0 m/s(2)发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律得：(M20m)v2020mv0，故v2013.5 m/s.借题发挥分析火箭类问题应注意的三个问题(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象注意反冲前、后各物体质量的变化(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相同的三、反冲运动的应用“人船模型”1“人船模型”问题两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则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人船模型的特点(1)两物体满足动量守恒定律：m11m220.(2)运动特点：人动船动，人停船停，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1、2和s1、s2一般都是相对地面而言的【例3】如图3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3答案 L L解析设任一时刻人与船速度大小分别为v1、v2，作用前都静止因整个过程中动量守恒，所以有mv1Mv2.而整个过程中的平均速度大小为1、2，则有m1M2.两边乘以时间t有m1tM2t，即ms1Ms2.且s1s2L，可求出s1 L，s2 L.借题发挥“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应明确：(1)适用条件：系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向)(2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.反冲运动1.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图4所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未全画出)要使小车向前运动，可采用的方法是()图4A打开阀门S1 B打开阀门S2C打开阀门S3 D打开阀门S4答案B解析反冲运动中，系统的两部分运动方向相反，要使小车向前运动，水应向后喷出，故选项B正确火箭的原理2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燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B火箭发动机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，然后向后推出，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，空气膨胀推动火箭答案B解析火箭工作的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，故选B项3将静置在地面上质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是()A.v0 B.v0C.v0 D.v0答案D解析火箭模型在极短时间内喷出炽热气体，设火箭模型获得速度为v，据动量守恒定律有0(Mm)vmv0，得vv0，故选D.“人船”模型的应用4.如图5所示，一个倾角为的直角斜面体静置于光滑水平面上，斜面体质量为M，顶端高度为h.今有一质量为m的小物体，沿光滑斜面下滑，当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时，斜面体在水平面上移动的距离是()图5A. B.C. D.答案C解析此题属“人船模型”问题，m与M组成的系统在水平方向上动量守恒，设m在水平方向上对地位移为s1，M在水平方向对地位移为s2，因此0ms1Ms2.且s1s2hcot .由可得s2，故选C.(时间：60分钟)题组一反冲运动的理解和应用1下列不属于反冲运动的是()A喷气式飞机的运动 B直升机的运动C火箭的运动 D反击式水轮机的运动答案B解析反冲现象是一个物体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动，故直升机不是反冲现象2关于反冲运动的说法中，正确的是()A抛出物m1的质量要小于剩下质量m2才能获得反冲B若抛出质量m1大于剩下的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力C反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用D对抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律答案D解析反冲运动的定义为由于系统的一部分物体向某一方向运动，而使另一部分向相反方向运动，这种现象叫反冲运动定义中并没有确定两部分物体之间的质量关系，故选项A错误；在反冲运动中，两部分之间的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知，它们大小相等，方向相反，故选项B错误；在反冲运动中一部分受到的另一部分的作用力产生了该部分的加速度，使该部分的速度逐渐增大，在此过程中对每一部分牛顿第二定律都成立，故选项C错误，选项D正确3一航天器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是()A探测器加速运动时，沿直线向后喷气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，不需要喷气答案C解析探测器加速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿加速方向，选项A、B错误；探测器匀速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零，根据反冲运动的特点可知选项C正确，选项D错误4假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是()A向后踢腿 B手臂向后甩C在冰面上滚动 D脱下外衣水平抛出答案D解析踢腿、甩手对整个身体系统来讲是内力，内力不改变系统整体的运动状态5一个人在地面上立定跳远的最好成绩是s，假设他站在船头要跳到距离在L远处的平台上，水对船的阻力不计，如图1所示则()图1A只要Ls，他一定能跳上平台B只要Ls，他有可能跳上平台C只要Ls，他一定能跳上平台D只要Ls，他有可能跳上平台答案B解析立定跳远时，人离地时速度为v.从船上起跳时，人离船时速度为v.船的速度为v船 ，由能量守恒Emv2，Emv2mv，所以vv，人跳出的距离变小，所以B正确6如图2所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机，抽水机把前舱的水均匀的抽往后舱，不计水的阻力，下列说法中正确的是()图2A若前、后舱是分开的，则前舱将向后加速运动B若前、后舱是分开的，则前舱将向前加速运动C若前、后舱不分开，则船将向后加速运动D若前、后舱不分开，则船将向前加速运动答案B解析前、后舱分开时，前舱和抽出的水相互作用，靠反冲作用前舱向前加速运动，若不分开，前、后舱和水是一个整体，则船不动7人的质量m60 kg，船的质量M240 kg，若船用缆绳固定，船离岸1.5 m时，人恰好可以跃上岸若撤去缆绳，如图3所示，人要安全跃上岸，船离岸的距离为(不计水的阻力，两次人消耗的能量相等，两次从离开船到跃上岸所用的时间相等)()图3A1.5 m B1.2 m C1.34 m D1.1 m答案C解析船用缆绳固定时，设人起跳的速度为v0，则s0v0t撤去缆绳，由动量守恒得：0mv1Mv2，两次人消耗的能量相等，即动能不变mvmvMv解得v1v0故s1v1ts01.34 m，C正确题组二火箭问题分析8静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量为m的高温气体后，火箭的速度为()A. v0 B v0C. v0 D v0答案B解析火箭整体动量守恒，则有(Mm)vmv00，解得：v v0，负号表示火箭的运动方向与v0相反9竖直发射的火箭质量为6103 kg.已知每秒钟喷出气体的质量为200 kg.若要使火箭获得20.2 m/s2的向上加速度，则喷出气体的速度大小应约为()A700 m/s B800 m/sC900 m/s D1 000 m/s答案C解析火箭和喷出的气体动量守恒，即每秒喷出气体的动量等于火箭每秒增加的动量，即m气v气m箭v箭，由动量定理得火箭获得的动力F200v气，又Fm箭gm箭a，得v气900 m/s.题组三“人船模型”的应用10某人站在静止于水面的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，则下列说法不正确的是()A人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比B人走到船尾不再走动，船也停止不动C不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比D船的运动情况与人行走的情况无关答案D解析由动量守恒定律可知，A、B、C正确11一条约为180 kg的小船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，忽略水的阻力，以下是某同学利用有关物理知识分析人与船相互作用过程时所画出的草图，图中虚线部分为人走到船头时的情景，请用有关物理知识判断下列图中所描述物理情景正确的是()答案B解析人和船组成的系统动量守恒，总动量为零，人向前走时，船将向后退，人船位移比等于它们质量的反比，且船的质量大于人的质量，故B正确12小车静置在光滑水