2022年高二物理人教版导学案反冲运动火箭.docx

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1、精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2022 高二物理人教版选修3-5 导学案：反冲运动火箭 目标定位 1. 明白反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.2.懂得反冲运动的原理,能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题.3.明白火箭的工作原理及打算火箭最终速度大小的因素一、反冲 问题设计 把一个气球吹起来,用手捏住气球的吹气口,然后突然放开,让气体喷出,简述观看到的现象 答案气体向后运动,气球向前运动 要 点 提 炼 1定义：假如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,另一部分必定向相反的方向运动这个现象叫做反冲2反冲运动的

2、特点及遵循的规律1 特点：物体间作用力与反作用力产生的成效2 遵循的规律：反冲运动是内力作用的结果,虽然有时系统所受的合外力不为零,但由于系统内力远大于外力,所以可以认为系统的总动量是守恒的3留意的问题1 速度的反向性：原先静止的整体,抛出部分具有速度时,剩余部分反冲速度的方向与抛出部分相反2 速度的相对性：一般指对的速度 二、火箭 问题设计 设火箭发射前的总质量是M ,燃料燃尽后的质量为m,火箭燃气的喷射速度为v ,试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v .答案在火箭发射过程中,由于内力远大于外力,所以可认为动量守恒取火箭的速度方向为正方向,发射前火箭的总动量为0,发射后的总动量为mv M mv

3、就由动量守恒定律得mv M mv 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_v所以 v M mmM 1 v m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - - 要 点 提 炼 1工作原理：利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管快速喷出,使火箭获得向前的速度2火箭燃料燃尽时火箭获得的

4、最大速度由喷气速度和质量比火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 两个因素打算3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讨论对象,取相互作用的整个过程为讨论过程,运用动量守恒的观点解决问题三、 “ 人船模型 ” 探究 问题设计 如图 1 所示,长为L、质量为 M 的小船停在静水中,质量为m 的人从静止开头从船头走到船尾,不计水的阻力,求船和人相对的面的位移各为多少？图 1答案设任一时刻人与船相对的面的速度大小分别为v 1、v 2,作用前都静止因整个过程中

5、动量守恒,所以有mv 1 M v 2而整个过程中的平均速度大小为v1 、 v2 ,就有m v 1 M v 2 .两边乘以时间t 有 m v1 t M v 2 t ,即 mx1 Mx 2.且 x1 x2 L,可求出可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_x1M mML, x2mL .m M可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 要点提炼 1两物体满意动量守恒定律：m1 v 1 m2 v 2 0.2运动特点：人动船动,人静船静,人快船快,人慢船慢,人左船右.人船位移比等于它们质量的x1v 1m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_m反比.人船平均速度瞬时速度 比等于它

6、们质量的反比,即x2 . v 21可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3应用此关系时要留意一个问题：即公式中v、 v 和 x 一般都是相对的面而言的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -一、反冲运动的应用例 1一个静止的质量为M 的不稳固原子核,当它放射出质量为m、速度为 v 的粒子后,原子核剩余部分的速度为 mv A vB. M

7、m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ mv C.m MD. mv M可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析以原子核为一系统,放射过程中由动量守恒定律M mv mv 0 得 v mv.M m答案B例 2如图 2 所示,水平的面上放置一门大炮,炮身质量为M,炮筒与水平方向成角,今相对的面以速度v 发射一炮弹,如炮弹质量为m,求炮身的后退速度图 2解析炮弹和炮身组成的系统在水平方向动量守恒,以炮弹的水平速度方向为正方向,由动量守恒定律可知：0mvcos M vmv cos 解得 v M,方向与炮弹的水平速度方向相反mvcos 答案M,方向与炮弹的水平速度方向相反二、火箭问

8、题的分析例 3一火箭喷气发动机每次喷出m200 g 的气体,气体离开发动机时速度v 1 000 m/s,设火箭质量 M 300 kg,发动机每秒喷气20 次,求：1 当第 3 次气体喷出后,火箭的速度多大？2 运动第 1 s 末,火箭的速度多大？ 解析由于每次喷气速度都一样,可选整体为讨论对象,运用动量守恒定律来求解1 设喷出 3 次气体后火箭的速度为v3, 以火箭和喷出的3 次气体为讨论对象, 依据动量守恒定律可得M 3mv 3 3mv 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 10 页 - - - - - -

9、 - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3mv解得 v3 2 m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M 3m2 以火箭和喷出的20 次气体为讨论对象,依据动量守恒定律可得M 20mv20 20mv 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_得 v2020mvM 20m13.5 m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案12 m/s213.5 m/s三、 “ 人船模型 ” 的应用例 4有一只小船停在静水中,船上一

10、人从船头走到船尾假如人的质量m 60 kg,船的质量M 120 kg,船长为l 3 m,就船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计解析人在船上走时,由于人、船系统所受合力为零,总动量守恒,因此系统的平均动量也守恒,如下列图设人从船头到船尾的时间为t,在这段时间里船后退的距离为x,人相对的面运动距离为l x,选船后退方向为正方向,由动量守恒有：xl xM t mt 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以 xml 60 3 m 1 m.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M m120 60答案1 m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_反冲运动火箭反冲运动定义原

11、理：动量守恒定律应用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_工作原理火箭主要用途1反冲运动的熟悉以下属于反冲运动的是 A 喷气式飞机的运动B直升机的运动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -C火箭的运动D反击式水轮机的运动答案ACD解析反冲运动是一个物体分裂成两部分,两部分向相反方向的运动,故直升机的运动不是反冲运动2反冲运动的应用假设

12、一个人静止于完全光滑的水平冰面上,现欲离开冰面,以下方法中可行的是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解析向后踢腿和手臂向后甩,都是人体间的内力,不会使人前进在光滑冰面上由于不存在摩擦力,故无法完成滚动动作而抛出衣服能获得反方向的速度,故可滑离冰面3火箭问题的分析静止的试验火箭,总质量为M ,当它以对的速度v 0 喷出质量为m 的高温气体后,火箭的速度为mv0mv 0A. M mB M m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mv0C.MDmv0M可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案B解析由动量

13、守恒定律得mv0 M mv 0.火箭的速度为v mv 0.选项 B 正确可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M m4. “ 人船模型 ” 的应用 如图 3 所示,载人气球原先静止在空中,与的面距离为h,已知人的质量为 m,气球的质量不含人的质量为 M .如人要沿轻绳梯返回的面,就绳梯的长度至少为多长？图 3h答案M m M解析人与气球组成的系统动量守恒设人到的面时,气球上上升度为H,如下列图由动量守恒定律得： MH mh,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 10 页 - - - - - - - -

14、 - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_m解得： H M h.所以绳梯的长度至少为L H hM mMh.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_题组一反冲运动的懂得和应用1以下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答 案 AC2关于反冲运动的说法中,正确选项A 抛出物m1 的质量要小于剩下的质量m2 才能获得反冲B如抛出质量m1 大于剩下的质量m2,就 m2

15、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,但牛顿其次定律不适用D对抛出部分和剩余部分都适用于牛顿其次定律答案D解析反冲运动是指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定义中并没有确定两部分物体之间的质量关系,应选项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,应选项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,使该部分的速度逐步增大,在此过程中对每一部分牛顿其次定律都成立,应选项C 错误,选项D 正确 3小车上装有一桶水,静止在光滑水平的面上,如图1 所示,桶的前、后

16、、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,可采纳的方法是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -图 1A 打开阀门S1B打开阀门S2C打开阀门S3D打开阀门S4答案B解析据水和车组成的系统动量守恒,原先系统动量为0,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

17、4如图 2 所示,船静止在安静的水面上,船前舱有一抽水机把前舱的水匀称的抽往后舱,不计水的阻力,以下说法中正确选项图 2 A 如前后舱是分开的,就前舱将向后加速运动B如前后舱是分开的,就前舱将向前加速运动 C如前后舱不分开,就船将向后加速运动D如前后舱不分开,就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,如不分开,前后舱和水是一个整体,就船不动题组二火箭问题的分析5运输人造的球卫星的火箭开头工作后,火箭做加速运动的缘由是 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喷出,气体的

18、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,加热四周空气,空气膨胀推动火箭答案B解析火箭的工作原理是利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管快速喷出时,使火箭获得反冲速度,故正确选项为B.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -6将静置在的面上、质量为M 含燃料 的火箭模型点火升

19、空,在极短时间内以相对的面的速度v0竖直向下喷出质量为m 的酷热气体忽视喷气过程重力和空气阻力的影响,就喷气终止时火箭模型获得的速度大小是mMMmA. M v 0B. m v 0C.M mv 0D. M mv0答案D解析火箭模型在极短时间内点火,设火箭模型获得速度为v,据动量守恒定律有0 M mv mv 0,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_得 vmv 0,应选 D.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M m7竖直发射的火箭质量为6 103 kg.已知每秒钟喷出气体的质量为200 kg.如要使火箭获得20.2 m/s2的向上加速度,就喷出气体的速度大小应为 A 700

20、 m/sB 800 m/sC 900 m/sD 1 000 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 气可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_m 箭 v 箭,由动量定理得火箭获得的动力Fm箭 v 箭tm气 v 气t 200v 气 ,又 F m 箭 g m 箭 a,得 v 气 900可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_m/s.题组三“人船模型”的应用8某人站在静止于水面的船上,从某时刻开头,人从船头走向船尾,水的阻力不计,就 A 人匀速运动,船就匀速后退,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

21、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船的运动情形与人行走的情形无关答案ABC解析由动量守恒定律可知,A 、B、C 正确9如图 3 所示,一辆小车静置于光滑水平面上,车的左端固定有一个水平弹簧枪,车的右端有一个网兜如从弹簧枪中发射出一粒弹丸,弹丸恰好能落入网兜中从弹簧枪发射弹丸以后,以下说法 中正确选项 图 3A 小车向左运动一段距离然后停下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下

22、载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -B小车先向左运动又向右运动,最终回到原位置停下C小车始终向左运动下去D小车先向左运动,后向右运动,最终保持向右匀速运动答案A10一条约为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,忽视水的阻力,以下是某同学利用有关物理学问分析人与船相互作用过程时所画出的草图如下列图 ,图中下面部分为人走到船头时的情形请用有关物理学问判定以下图中所描述物理情形正确选项答案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,B 正确11一个人在的面上立定跳远的最好成果是x,假设

23、他站在船头要跳上距离在L 远处的平台上,水对船的阻力不计,如图4 所示就 图 4A 只要 L x,他肯定能跳上平台 B只要 L x,他有可能跳上平台C只要 L x,他肯定能跳上平台D只要 L x,他有可能跳上平台答案B解析如立定跳远时,人离的时速度为v,如题图从船上起跳时,人离船时速度为v .船的速度为v可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_121212可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_船,由能量守恒E 2mv ,E 2mv 2mv 船,所以 v v ,人跳出的距离变小,所以B 正确可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_12. 如图 5 所示,一个倾角为的直角

24、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究竟端时,斜面体在水平面上移动的距离是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A. mh M m图 5B. Mh M m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C.

25、 mhcot M mD.Mh cot M m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_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 在水平方向上对位置移为x1, M 在水平方向对位置移为x2,因此 0 mx1 Mx 2.且 x1 x2 hcot .mhcot 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由 可得 x2M m,应选 C.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_13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,落在平板车的板上的A 点,距货箱水平距离为l 4 m,如图 6

26、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 1.25 m求车在人跳出后到落到的板前的反冲速度为多大g 取 10 m/s2图 6答案1.6 m/s解析人从货箱边跳离的过程,系统人、车和货箱水平方向动量守恒,设人的水平速度是v1,车1的反冲速度是v 2,取向右为正方向,就mv1 M v 2 0,解得 v 2 4v 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2h人跳离货箱后做平抛运动,车以 v 2 做匀速运动, 运动时间为t g 2 1.2510s 0.5 s由图可可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_知,在这段时间内人的水平位移x1 和车的位移x2 分别为 x1 v 1t, x2 v2t,x1x2 l即 v1 t v 2t l ,l4就 v2 5t 5 0.5m/s 1.6 m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 10 页,共 10 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载