1.4学案反冲运动

2012级高二物理选修3-5《第1章碰撞与动量守恒》班级：学号;姓名：1第一章碰撞与动量守恒§1.4反冲运动【知识梳理】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。【知识点拨】一．反冲运动与动量守恒在以下三种情况中均可用动量守恒定律解决反冲运动问题：1．系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题；2．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，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题；3．系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量不守恒，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，则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解决反冲问题。在讨论反冲运动时应注意以下两点：（1）速度的方向性。（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，一般应把相对速度转化为对地速度。【经典体验】1.如图16-1所示，一个连同装备总质量为M=100千克的宇航员，在距离飞船为S=45米与飞船处于相地静止状态。宇航员背着装有质量为m0=0.5千克氧气的贮氧筒，可以将氧图16-12012级高二物理选修3-5《第1章碰撞与动量守恒》班级：学号;姓名：2气以V=50米/秒的速度从喷咀喷出。为了安全返回飞船，必须向返回的相反方向喷出适量的氧，同时保留一部分氧供途中呼吸，且宇航员的耗氧率为R=2.5×10-4千克/秒。不考虑喷出的氧气对设备及宇航员总质量的影响。试计算：(1)喷氧量应控制在什么范围?返回所需的最长和最短时间是多少?(2)为了使总耗氧量最低，应一次喷出多少氧?返回时间又是多少?分析与解：一般飞船沿椭圆轨道运动，不是惯性参照系。但是在一段很短的圆弧上，可以认为飞船作匀速直线运动，是惯性参照系。(1)设有质量为m的氧气，以速度v相对喷咀，即宇航员喷出，且宇航员获得相对于飞船为V的速度，据动量守恒定律：mv-MV=0则宇航员返回飞船所需的时间为：t=S/V=MS/mv而安全返回的临界条件为：m+Rt=m0，以t=MS/mv代入上式，得：m2v-m0vm+RMS=0，m=把m0、v、R、M、S代入上式可得允许的最大和最小喷氧量为：mmax=0.45千克，mmin=0.05千克。返回的最短和最长时间为：tmin==200秒，tmax==1800秒(2)返回飞船的总耗氧量可表示为：△M=m+Rt=(MS/vt)+Rt因为MS/vt与Rt之积为常量，且当两数相等时其和最小，即总耗氧量最低，据：MS/vt=Rt，所以相应返回时间为：t==600秒相应的喷氧量应为：m=Rt=0.15千克。想一想：还有什么方法可求出这时的喷氧量?(m=MS/vt=0.15千克)2：如图所示，总质量为M的气球下端悬着质量为m的人而静止于高度为h的空中，欲使人能安全沿绳着地，人下方的绳至少应为多长？2012级高二物理选修3-5《第1章碰撞与动量守恒》班级：学号;姓名：3分析与解：气球和人原静止于空中，说明系统所受合外力为零，故人下滑过程中系统动量守恒。人着地时，绳梯至少应触及地面。因为人下滑过程中，人和气球在应意时刻的动量大小都相等，所以整个过程中平均动量守恒，若设绳梯长为L,人沿绳下滑至地面的时间为t,由动量守恒定律，有M0)thmthL（L=hMMm)(【自主探究】1、火箭的飞行是由于火箭喷出的气体向后推周围的空气，空气对火箭有一个向前的反作用力使火箭前进。这种认识是否正确？并说明理由。2、火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后火箭的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1，求燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？由题目试着分析影响火箭飞行速度的因素：3、影响火箭飞行速度的因素：a、b、4、一质量为m的人站在停靠岸边的小船上，小船质量为M，现在：（1）人以对地的水平速度v跳上岸；（2）人以对地的速度斜向上跳上岸，v和水平方向成θ角；（3）人以对船的水平速度u跳上岸；求上述三种情况下，人跳起后，小船后退的速度各是多大（不计水的阻力）？【课堂反馈】1、下列运动属于反冲运动的是（）A、乒乓球碰到墙壁后弹回B、发射炮弹后炮身后退C、喷气式飞机喷气飞行D、火箭的发射2．假定冰面是光滑的，某人站在冰冻河面的中央，他想到达岸边，则可行的办法是()A．步行B．挥动双臂C．在冰面上滚动D．脱去外衣抛向岸的反方向3、运送人造卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是A．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体给火箭的反作用力推动火箭B．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭2012级高二物理选修3-5《第1章碰撞与动量守恒》班级：学号;姓名：4C．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、采取下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度()A.使喷出的气体速度增大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．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Δm的高温气体后，火箭的速度为()A．Δmv0/(M-Δm)；B．—Δmv0/(M-Δm)；C．Δmv0/MD．—Δmv0/M6、一只青蛙，蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是（）A．木板的上表面光滑而底面粗糙B．木板的上表面粗糙而底面光滑C．木板的上下表面都粗糙D．木板的上下表面都光滑7、A、B两船的质量均为M，它们都静止在平静的湖面上，当A船上质量为2M的人以水平速度v从A船跳到B船，再从B船跳回A船．设水对船的阻力不计，经多次跳跃后，人最终跳到B船上，则()．A．A、B两船的速度大小之比为3∶2B．A、B(包括人)动量大小之比为1∶1C．A、B(包括人)动量之和为零D．因跳跃次数未知，故以上答案均无法确定8．装有炮弹的火炮总质量为m1，炮弹的质量为m2，炮弹射出炮口时对地的速率为V0，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为()A．m2V0/m1B．—m2V0/(m1一m2)C．m2V0cosθ/(m1一m2)D．m2V0cosθ/m19、总质量为M的火箭竖直向上发射，每次喷出气体的质量为m，假设相对于地面的速度均为v，则：（1）喷出1次气体后，火箭获得速度的大小是多大？（2）喷出2次气体后，火箭获得多大的速度？（3）若1秒内火箭喷出n次气体，那么1秒末火箭的速度是多大？10.如图所示，长为l、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人站在船头，若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？2012级高二物理选修3-5《第1章碰撞与动量守恒》班级：学号;姓名：5