人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案5：1 6 反冲现象 火箭

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE31.6反冲现象火箭学习目标：1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用．2.知道反冲运动的原理．(重点)3.掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题．(重点、难点)4.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素．(难点)学习过程：知识点一反冲运动〖知识梳理〗1．定义根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫作反冲．2．反冲原理反冲运动的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．3．公式若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．〖合作探究〗探究一如图所示，为一条约为180kg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，不计水的阻力．1.小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？2.当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？3.当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？甲乙〖要点深入〗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：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零．②内力远大于外力；③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零．(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物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．(2)速度的相对性一般都指对地速度．3.“人船模型”问题(1)定义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)特点①两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0.②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eq\f(x1,x2)＝eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2,m1).③应用此关系时要注意一个问题：即公式中v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的．〖典例精析〗例1．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共同静止在距地面为h的高空中．现从气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？

〖跟踪练习〗1．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是打开阀门________．2．如图所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为v0，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿v0的方向飞去，则另一块的运动()A．一定沿v0的方向飞去 B．一定沿v0的反方向飞去C．可能做自由落体运动 D．以上说法都不对〖点拨提升〗解决“人船模型”应注意两点(1)适用条件：①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；②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．知识点二火箭〖知识梳理〗1．原理火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大速度．2．影响火箭获得速度大小的因素一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．〖合作探究〗探究二如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作．1.火箭点火后能加速上升的动力是什么力？2.要提升运载物的最大速度可采用什么措施？〖要点深入〗1.火箭的速度设火箭在Δt时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0＝mv＋Δmu，得v＝－eq\f(Δm,m)u.2.决定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比eq\f(Δm,m)两个因素．3.多级火箭由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9km/s，实际火箭为多级．多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求．〖典例精析〗例2．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次．求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？〖跟踪练习〗3．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，空气反作用力推动火箭B．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4．(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A．使喷出的气体速度更大 B．使喷出的气体温度更高C．使喷出的气体质量更大 D．使喷出的气体密度更小5．2021年6月17日9时22分，我国在酒泉卫星发射中心成功将神舟十二号送入太空。假设火箭搭载着神舟十二号以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与神舟十二号分离。已知前部分的神舟十二号质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力与分离前后系统质量的变化，则分离后神舟十二号的速率v1为()A．v0－v2 B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2 D．v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)〖点拨提升〗火箭类问题的三点提醒(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．〖课堂小结〗

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁探究一1.摩擦力．向左运动，即与人行的方向相反．2.不运动．小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零．3.不可能．由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向一定相反，不可能向同一个方向运动，且人船位移比等于它们质量的反比．例1．〖解析〗如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，L＝x人＋x球．设人下滑的平均速度大小为v人，气球上升的平均速度大小为v球，由动量守恒定律得：0＝Mv球－mv人即0＝Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x球,t)))－meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x人,t)))，0＝Mx球－mx人又有x人＋x球＝L，x人＝h解以上各式得：L＝eq\f(M＋m,M)h.〖答案〗eq\f(M＋m,M)h〖跟踪练习〗1.〖解析〗根据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为零，由0＝m水v水＋m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出．〖答案〗S22.〖答案〗C〖解析〗根据动量守恒Mv0＝mv＋(M－m)v′得v′＝eq\f(Mv0－mv,M－m)，mv可能大于、小于或等于Mv0，所以v′可能小于、大于或等于零。探究二1.燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升．2.提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳．例2．〖解析〗法一：喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有(M－m)v1－mv＝0所以v1＝eq\f(mv,M－m)第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1所以v2＝eq\f(2mv,M－2m)第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2所以v3＝eq\f(3mv,M－3m)＝eq\f(3×0.2×1000,300－3×0.2)m/s＝2m/s.法二：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，以火箭和喷出三次气体为研究对象，据动量守恒定律，得(M－3m)v3－3mv＝0所以v3＝eq\f(3mv,M－3m)＝2m/s.〖答案〗2m/s〖跟踪练习〗3.〖解析〗火箭工作中，动量守恒，当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加速，故只有B正确．〖答案〗B4.〖解析〗设火箭原来的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，剩余的质量为(M－m)，速度是v′，由动量守恒得：(M－m)v′＝mv得：v′＝eq\f(mv,M－m)，由上式可知：m越大，v越大，v′越大．故A、C正确．〖答案〗AC5.〖答案〗D〖解析〗根据动量守恒定律，得(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2v1＝v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)选项D正确。1.6反冲现象火箭学习目标：1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用．2.知道反冲运动的原理．(重点)3.掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题．(重点、难点)4.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素．(难点)学习过程：知识点一反冲运动〖知识梳理〗1．定义根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫作反冲．2．反冲原理反冲运动的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．3．公式若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．〖合作探究〗探究一如图所示，为一条约为180kg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，不计水的阻力．1.小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？2.当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？3.当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？甲乙〖要点深入〗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：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零．②内力远大于外力；③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零．(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物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反．(2)速度的相对性一般都指对地速度．3.“人船模型”问题(1)定义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)特点①两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0.②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eq\f(x1,x2)＝eq\f(v1,v2)＝eq\f(m2,m1).③应用此关系时要注意一个问题：即公式中v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的．〖典例精析〗例1．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共同静止在距地面为h的高空中．现从气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？

〖跟踪练习〗1．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是打开阀门________．2．如图所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为v0，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿v0的方向飞去，则另一块的运动()A．一定沿v0的方向飞去 B．一定沿v0的反方向飞去C．可能做自由落体运动 D．以上说法都不对〖点拨提升〗解决“人船模型”应注意两点(1)适用条件：①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；②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．知识点二火箭〖知识梳理〗1．原理火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大速度．2．影响火箭获得速度大小的因素一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．〖合作探究〗探究二如图所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作．1.火箭点火后能加速上升的动力是什么力？2.要提升运载物的最大速度可采用什么措施？〖要点深入〗1.火箭的速度设火箭在Δt时间内喷射燃气的质量为Δm，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0＝mv＋Δmu，得v＝－eq\f(Δm,m)u.2.决定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比eq\f(Δm,m)两个因素．3.多级火箭由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9km/s，实际火箭为多级．多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度．目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求．〖典例精析〗例2．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次．求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？〖跟踪练习〗3．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，空气反作用力推动火箭B．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4．(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A．使喷出的气体速度更大 B．使喷出的气体温度更高C．使喷出的气体质量更大 D．使喷出的气体密度更小5．2021年6月17日9时22分，我国在酒泉卫星发射中心成功将神舟十二号送入太空。假设火箭搭载着神舟十二号以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与神舟十二号分离。已知前部分的神舟十二号质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力与分离前后系统质量的变化，则分离后神舟十二号的速率v1为()A．v0－v2 B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2 D．v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)〖点拨提升〗火箭类问题的三点提醒(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．〖课堂小结〗

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁探究一1.摩擦力．向左运动，即与人行的方向相反．2.不运动．小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零．3.不可能．由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向一定相反，不可能向同一个方向运动，且人船位移比等于它们质量的反比．例1．〖解析〗如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，L＝x人＋x球．设人下滑的平均速度大小为v人，气球上升的平均速度大小为v球，由动量守恒定律得：0＝Mv球－mv人即0＝Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x球,t)))－meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x人,t)))，0＝Mx球－mx人又有x人＋x球＝L，x人＝h解以上各式得：L＝eq\f(M＋m,M)h.〖答案〗eq\f(M＋m,M)h〖跟踪练习〗1.〖解析〗根据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为零，由0＝m