高中物理 16_5 反冲运动 火箭学案 新人教版选修3-5

课时16.5反冲运动火箭1.经历实验探究，认识生活中的反冲运动。2.用动量守恒定律解释反冲运动，进一步提高运用动量守恒定律分析、解决实际问题的能力。3.知道火箭的工作原理和主要用途，了解我国航天、导弹事业的发展。1.反冲(1)根据动量守恒定律知，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，这种现象叫作反冲。(2)举出几个生活中反冲现象的例子：章鱼运动、射击时枪身向后移、“冲天炮”、喷气式飞机等。(3)反冲运动的应用及防止应用：农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出的，一边喷水，一边旋转。防止：用步枪射击时，由于枪身向后发生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上，以减小反冲运动的影响。2.火箭(1)火箭和喷气式飞机的飞行应用了反冲原理，它们都是靠向后喷出高速气流的反冲作用而获得巨大的速度的。(2)火箭喷出的燃气的速度越大、火箭喷出的物质的质量与火箭本身的质量之比越大，火箭获得的速度越大。为了能使火箭达到发射卫星所需要的速度，苏联科学家奥尔科夫斯基提出了多级火箭的概念。(3)我国自行研制的火箭于1964年首次升空;我国于1970 年成功发射第一颗人造卫星。主题1：反冲情景：如图所示，用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的口，内装有从火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方向飞去。问题：为什么燃气和细管的运动方向会相反? 主题2：火箭情景：“长征五号”是中国研制的新一代无毒、无污染、高性能、低成本和大推力的重型运载火箭系列，在“长征五号”大型运载火箭和海南文昌航天发射基地问世后，中国航天将具备将1.2吨至25吨的有效载荷送入近地轨道，1.8吨至14吨的有效载荷送入地球同步转移轨道的能力，推动中国空间应用产业、载入航天技术和天文科学的发展，也必将大大提高中国在国际航天发射市场上的竞争能力。问题：你了解火箭的原理和性能参数吗? 主题3：探究反冲与碰撞的联系与区别问题：(1)反冲运动与一维碰撞有什么相同之处?(2)反冲运动与一维碰撞过程中机械能的变化有什么不同?1.(考查反冲运动)一人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法可行的是() A.向后踢腿 B.手臂向前甩C.在冰面上滚动 D.脱下外衣水平抛出2.(考查对反冲运动动量守恒的应用)向空中发射一物体，不计空气阻力。当此物体的速度恰好沿水平方向时，炸裂成a、b两块。若质量较大的a的速度方向仍沿原来的方向，则() A.b的速度方向一定与原速度方向相反B.从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C.a、b一定同时到达水平地面D.在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的冲量大小一定相等3.(考查反冲运动中速度的相对性)有一炮艇总质量为M，以速度v1匀速行驶，从艇上沿前进方向水平射出一颗质量为m的炮弹，已知炮弹相对于炮艇的速度为v，不计水的阻力。若发射后炮艇的速度为v2，则它们的关系为() A.(M+m)v2+m(v-v1)=Mv1 B.(M-m)v2+m(v+v1)=Mv1C.(M-m)v2+mv=Mv1 D.(M-m)v2+m(v+v2)=Mv14.(考查对动量守恒定律与动量定理的综合应用)步枪的质量为4 kg，子弹的质量为0.008 kg，子弹从枪口飞出时的速度为700 m/s，如果战士抵住枪托，阻止枪身后退，枪身与战士的作用时间为0.05 s，求战士身上受到的平均冲力大小。拓展一：反冲运动与速度的相对性1.一个静止的质量为M的不稳定原子核，放射出一个质量为m的粒子， 求：(1)粒子离开原子核时速度为v0，原子核剩余部分的速率大小。(2)粒子离开原子核时相对原子核的速度大小为v0，原子核剩余部分的速率大小。拓展二：火箭的多次喷气2.火箭喷气发动机每次喷出质量m=0.2 kg的气体，喷出的气体相对地面的速度为v=1000 m/s，设火箭的初始质量M=300 kg，发动机每秒喷气20次，若不计地球对它的引力作用和空气阻力作用，求火箭发动机工作5 s后火箭的速度。拓展三：反冲运动的综合应用3.如图所示，在沙堆表面放置一长方形木块A，其上再放一质量为0.10 kg的爆竹B，木块A的质量为mA=6.0 kg。当爆竹爆炸时，因反冲作用使木块陷入沙中。从爆竹爆炸到木块停止下陷历时0.1 s，已知木块在沙中受到的平均阻力是90 N，求爆竹能上升的最大高度。设爆竹中火药的质量及空气阻力忽略不计，取g=10 m/s2。参考答案知识体系梳理内力相反章鱼运动射击时枪身向后移旋转肩上反冲反冲越大多级火箭19641970重点难点探究主题1：当气体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反方向运动，这个现象叫反冲运动。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。主题2：发射火箭的原理火箭利用了反冲原理。发射火箭时，尾管中向下喷射出的高速气体有动量，根据动量守恒定律知：火箭将获得向上的动量，从而向上飞去。设火箭在时间t内喷射燃气的质量是m，喷气速度是u，喷气后火箭的质量是m，火箭获得的速度是v，根据动量守恒定律有：mv+mu=0解得：v=-u。决定火箭性能的参数根据v=-u可知，火箭性能参数与喷气速度u和喷射的燃气质量与喷气后火箭质量之比有关。主题3：(1)反冲运动与一维碰撞都是短时间内进行的，且系统内力远大于外力，系统动量守恒。(2)一维碰撞的过程中，机械能可能不变，也可能减少，但不会增加;而反冲运动过程中，机械能有时不变，但更多的时候是增加的。基础智能检测1.D2.CD3.D4.112 N全新视角拓展1.(1)(2)【解析】由于放射过程极短，放射过程中其他外力的冲量均可不计，整个原子核系统动量守恒。(1)设剩余部分对地的反冲速度为v，由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于原子核剩余部分的动量大小，即有mv0=(Mm) v解得： v=。(2)设原子核剩余部分对地的反冲速度大小为v，则粒子的对地速率为v=v0v。由于原子核原来静止，故后来粒子的动量大小等于原子核剩余部分的动量大小，即有m(v0v)=(Mm) v所以v=即原子核剩余部分速率为。2.71.4 m/s【解析】以火箭(包括在5 s内要喷出的气体)为系统，系统的总动量守恒，以火箭的运动方向为正方向，则5 s后火箭的动量为(M-m205)v，所喷出的气体动量为-(m205)v，由动量守恒定律得：(M-m205)v-(m205)v=0代入数据，得v=71.4 m/s。3.45 m【解析】本题属反冲运动的问题，用到了动量守恒定律，这是因为爆炸过程内力远大于外力。分析在爆炸的瞬间，爆竹获得向上的速度v1，木块获得向下的速度v2，A、B系统在竖直方向可以看作动量守恒，而木块在其重力及沙子的阻力作用下以初速度v2下陷一段距离，由牛顿第二定律可求出v2来。对木块A进行分析，以向下为正方向，有a=v2=0.5 m/s即在爆炸的瞬间木块A获得向下的速度v2=0.5 m/s以A、B为对象，系统动量守恒，有mBv1-mAv2=0v1=30 m/s爆炸后，爆竹以v1做竖直上抛运动，上升的最大高度为：h=45 m。