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16.5反冲学案


高二年级备课组

学科:物理

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§16.5

反冲运动 火箭 学案

【学习目标】 1、经历实验探究,认识反冲运动,能举出几个反冲运动的实例; 2、结合动量守恒定律对反冲现象做出解释;进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的 能力; 3、知道火箭的飞行原理和主要用途,了解我国的航空、航天事业的世巨大成就。

探究一:如图所示,在平静的湖面上停泊着长为 L,质量为 M 的船,如果有一质量为 m 的人从船 的一端走到另一端,(不计水对船的阻力).开始时,人、船均静止,当人从船一端走到另一端时, 人、船的位移各是多大?

【预习案】
一、反冲 1、一个静止的物体在____________的作用下分裂为两个部分,由动量守恒定律可知:一部分向某 个方向运动,而另一部_______________运动,我们称为反冲。此时动量守恒定律的表达式可表示 为:_______________。 2、反冲现象在生活中有着广泛的应用,比如灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、火箭等, 但我们也要____反冲现象存在着弊端, 用枪射击时, 子弹向前飞去, 由于反冲现象枪身会________, 从而影响射击的________。 二、火箭 1、工作原理:火箭的飞行应用了_____的原理,火箭的燃料点燃后燃烧生成的高温燃气以很大的速 度______喷出,火箭由于反冲而向前运动。 2、影响火箭获得速度大小的因素:(1)____________;(2)质量比(火箭______的质量与火箭 ____________质量之比);(3)______越大,______越大,火箭最终获得的速度就越大。 3、现代火箭主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头、人造卫星或宇宙飞船,即利用火箭作为 运载工具。 ◆在讨论反冲运动时应注意的几点: (1)速度的反向性 若系统原来静止,抛出部分具有速度时,剩余部分的反冲是相对于抛出部分而言的,两者速度 方向相反.可任意规定某一部分的运动方向为正方向,列出动量守恒方程. (2)速度的相对性 在反冲运动中,若已知条件是物体间的相对速度,利用动量守恒定律列方程时,应将相对速度 转化为对地速度. (3)变质量问题 在反冲运动中常遇到变质量物体的运动,如火箭运动过程中.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的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.

探究二:光滑水面上静置一长 L、质量为 M 的小船,船头、船尾各站一质 量为 m1、m2 的人,并且 m1>m2。当两人互换位置后,船移动的距离为多少?

总结:“人船模型”的特征

【巩固案】
【例 1】平板车停在水平光滑的轨道上,平板车上有一人从固定在车上的货箱边沿水平方向顺着轨 道方向跳出,落在平板车地板上的 A 点,距货箱水平距离为 L=4 m,如图所示.人的质量为 m,车 连同货箱的质量为 M=4m,货箱高度为 h=1.25m.求车在人跳出后到落到地板前的反冲速度为多 大(g 取 10 m/s2).

【例 2】人和气球离地高为 h,恰好悬浮在空中,气球质量为 M,人的质量为 m,人要从气球下拴着 的软绳上安全到达地面,软绳的长度至少为多长?

【探究案】
“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倒数比.这样的问题归为“人船模型”问题.
1

【例 3】 一火箭喷气发动机每次喷出 m=200 g 的气体, 气体离开发动机喷出时的速度 v=1000 m/s. 设 火箭质量 M=300 kg,发动机每秒钟喷气 20 次. (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?

【检测案】
1.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 2.一辆炮车静止在光滑水平导轨上,车和炮弹总质量为 M,炮筒水平发射一质量为 m 的炮弹,炮 弹离开炮膛时对地速度为 Vo,则炮车的后退速度为 ( )

3.下列属于反冲运动的是 ( ) A.喷气式飞机的运动 B.直升飞机的运动 C.火箭的运动 D.反击式水轮机的运动 4.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 S, 、S: 、S。 、S。(图中未全画出).要使小车向前运动,可采用的方法是 ( ) A.打开阀门 S, B.打开阀门 s。 C.打开阀门 S、 D.打开阀门 S。 5.如图所示,小车开始静止于光滑的水平面上,一个小滑块由静止 从小车右端高 h 处沿光滑圆弧面相对于小车向左滑动,滑块能到达 左端的最大高度 h’ A.大于 h B.小于 h C.等于 h D.停在中点与小车一起向左运动 6.总质量为 M 的火箭以速度 v。飞行,质量为 m 的燃气相对于火箭以速度 u 向后喷出,则火箭的 速度大小变为 ( )

8.一同学在地面上立定跳远的最好成绩是 x(m),假设他站在车的 A 端,如图所示,想要跳上距离 为 L(m)远的站台上,不计车与地面的摩擦阻力,则 ( ) A.只要 L<x,他一定能跳上站台 B.只有 L<x,他才可能跳上站台 C.只要 L=x,他一定能跳上站台 D.只要 L=x,他有可能跳上站台 9. 一气球由地面匀速上升, 当气球下的吊梯上站着的人沿着梯子上爬时, 下列说法正确的是 ( ) A.气球可能匀速上升 B.气球可能相对地面静止 c.气球可能下降 D.气球运动速度不发生变化 10.如图所示,物体 A 和 B 质量分别为 m2 和 m1, ,其水平直角边长分别为 a 和 b.设 A、B 之间 以及 B 与水平地面均无摩擦,当 A 由 B 顶端从静止开始滑到 B 的底端时,B 的水平位移是多少?

11.课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动,假如喷出的水流流量保持 为 2× 104m3/s,喷出速度保持为 10 m/s,启动前火箭总质量为 1.4kg,则启动 2 S 末火箭的速度 可以达到多少?已知火箭沿水平轨道运动,阻力不计,水的密度是 103kg/m3.

12.如图所示,一只质量为 m 的玩具青蛙,蹲在质量为 M 的小车的 细杆上,小车停放在光滑水平桌面上,若车长为 L,细杆高为 h,且 细杆固定在小车的中点,求玩具青蛙最小应以多大的相对于地面的水 平速度 v 跳出才能落到桌面上?

7.如图所示一个倾角为 a 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 ( )

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