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1、第五节反冲运动火箭第五节反冲运动火箭课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练第五节第五节课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.了解什么是反冲运动和反冲运动的应了解什么是反冲运动和反冲运动的应用用2知道火箭的飞行原理和主要用途知道火箭的飞行原理和主要用途重点难点：用动量守恒定律分析、解决反冲运动问重点难点：用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题题课前自主学案课前自主学案一、反冲一、反冲1定义：一个静止的物体在定义：一个静止的物体在_的作用下分的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分裂为两部分，一部分向某个方向运动
2、，另一部分必然向必然向_方向运动的现象方向运动的现象2特点特点(1)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用用_来处理来处理(2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为反冲运动中，由于有其他形式的能转变为动动能能，所以系统的总动能，所以系统的总动能_内力内力相反相反动量守恒定律动量守恒定律增加增加二、火箭二、火箭1工作原理：是利用工作原理：是利用_运动，火箭燃运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得巨大速度出时，使火箭获得巨大速度2影响火箭获得速度大小的因素影响火箭获得速度大小的因素(1
3、)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为为2000 m/s4000 m/s.(2)质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比喷气速度外的箭体质量之比喷气速度_，质量，质量比比_，火箭获得的速度越大，火箭获得的速度越大反冲反冲越大越大越大越大核心要点突破核心要点突破一、正确理解反冲运动与动量守恒定律一、正确理解反冲运动与动量守恒定律1反冲与动量守恒反冲与动量守恒反冲运动的产生是系统内力作用的结果，两个反冲运动的产生是系统内力作用的结果，两个相互作用的物体相互作用的物体A、B组成的系统，组成的系统，A对对B的
4、作的作用力使用力使B获得某一方向的动量，获得某一方向的动量，B对对A的反作用的反作用力使力使A获得相反方向的动量，从而使获得相反方向的动量，从而使A沿着与沿着与B运动方向的相反方向运动在以下三种情况中运动方向的相反方向运动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：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量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题运动问题(2)系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外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
5、守恒定律解力，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，系统的动量系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，但系统的某一方向上不受外力或外并不守恒，但系统的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运动问题动量守恒解决反冲运动问题2在讨论反冲运动时应注意以下几点在讨论反冲运动时应注意以下几点(1)速度的反向性速度的反向性若系统原来静止，抛出部分具有速度时，剩余若系统原来静止，抛出
6、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，列出动量守恒方程为正方向，列出动量守恒方程(2)速度的相对性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，利用动量守恒定律列方程时，应将相对速度转化为绝对速度度转化为绝对速度(一般为对地速度一般为对地速度)特别提醒：特别提醒：把物体中的一部分抛出和剩余部分把物体中的一部分抛出和剩余部分产生反冲都需要经历一个过程，直到两物体
7、分产生反冲都需要经历一个过程，直到两物体分离，两者的速度才能达到最大，才形成相对速离，两者的速度才能达到最大，才形成相对速度度即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1一同学在地面上立定跳远的最好成绩是一同学在地面上立定跳远的最好成绩是s(m)，假设他站在车的，假设他站在车的A端，如图端，如图1651所所示，想要跳上距离为示，想要跳上距离为l(m)远的站台上，不计车远的站台上，不计车与地面的摩擦阻力，则与地面的摩擦阻力，则()图图1651A只要只要ls，他一定能跳上站台，他一定能跳上站台B只要只要ls，他有可能跳上站台，他有可能跳上站台C只要只要ls，他一定能跳上站台，他一定能
8、跳上站台D只要只要ls，他有可能跳上站台，他有可能跳上站台解析：解析：选选B.人起跳的同时，小车要做反冲运动，人起跳的同时，小车要做反冲运动，所以人跳的距离小于所以人跳的距离小于s，故，故ls时，才有可能跳上时，才有可能跳上站台站台二、爆炸模型及拓展二、爆炸模型及拓展1爆炸特点爆炸特点(1)物体发生爆炸时，物体间的相互作用突然发物体发生爆炸时，物体间的相互作用突然发生，相互作用力为变力，作用时间很短，作用生，相互作用力为变力，作用时间很短，作用力很大，且远大于系统受的外力，故可用动量力很大，且远大于系统受的外力，故可用动量守恒定律来处理守恒定律来处理(2)在爆炸过程中，因有其他形式的能转化为动
9、在爆炸过程中，因有其他形式的能转化为动能，所以系统的动能会增加能，所以系统的动能会增加(3)由于爆炸类问题作用时间很短，作用过程中由于爆炸类问题作用时间很短，作用过程中物体的位移很小，一般可忽略不计，可以把作物体的位移很小，一般可忽略不计，可以把作用过程作为一个理想化的过程用过程作为一个理想化的过程(简化简化)处理，即处理，即作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动运动对于爆炸类问题，由于相互作用力是变力，用对于爆炸类问题，由于相互作用力是变力，用牛顿运动定律求解非常复杂，甚至根本就无法牛顿运动定律求解非常复杂，甚至根本就无法求解，但用动量守恒定律求
10、解时，只需要考虑求解，但用动量守恒定律求解时，只需要考虑过程的始末状态，而不需要考虑过程的具体细过程的始末状态，而不需要考虑过程的具体细节，这正是用动量守恒定律求解问题的优点节，这正是用动量守恒定律求解问题的优点2模型拓展：很多情况，相互作用的物体具有模型拓展：很多情况，相互作用的物体具有上述类似的特点上述类似的特点例如：光滑水平面上弹簧将两物体弹开，人从车例如：光滑水平面上弹簧将两物体弹开，人从车(或船或船)上跳离，物体从放置于光滑水平面上的斜上跳离，物体从放置于光滑水平面上的斜面上滑下这些过程与爆炸具有类似的特征，可面上滑下这些过程与爆炸具有类似的特征，可应用动量守恒定律，必要时结合能量守
11、恒定律求应用动量守恒定律，必要时结合能量守恒定律求解解即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2向空中发射一枚炮弹，不计空气阻力，当向空中发射一枚炮弹，不计空气阻力，当此炮弹的速度恰好沿水平方向时，炮弹炸裂成此炮弹的速度恰好沿水平方向时，炮弹炸裂成a、b两块，若质量较大的两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿块的速度方向仍沿原来的方向，则原来的方向，则()Ab的速度方向一定与原来速度方向相反的速度方向一定与原来速度方向相反B从炸裂到落地的这段时间内，从炸裂到落地的这段时间内，a飞行的水平飞行的水平距离一定比距离一定比b的大的大Ca、b一定同时到达水平地面一定同时到达水平地面D在炸
12、裂过程中，在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的大小受到的爆炸力的大小一定相等一定相等解析：解析：选选CD.炮弹炸裂前后动量守恒，选定炮弹炸裂前后动量守恒，选定v0方向为正方向，则方向为正方向，则mv0mavambvb，显然，显然vb0，vb0，vb0都有可能；都有可能；vbva，vbva，vbva也都有可能也都有可能课堂互动讲练课堂互动讲练反冲运动的应用反冲运动的应用 火箭喷气发动机每次喷出火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，的气体，喷出气体相对于地面的速度为喷出气体相对于地面的速度为v01000 m/s，设，设火箭的初始质量火箭的初始质量M300 kg，发动机每秒喷气，发动机每秒喷气20
13、次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭发动机箭发动机1 s末的速度是多大？末的速度是多大？【思路点拨思路点拨】本类问题的研究对象是火箭和从本类问题的研究对象是火箭和从火箭中喷出的气体，火箭对喷出气体有作用力，火箭中喷出的气体，火箭对喷出气体有作用力，喷出的气体对火箭有反作用力喷出的气体对火箭有反作用力【答案答案】13.5 m/s【方法总结方法总结】火箭是典型的反冲运动的应火箭是典型的反冲运动的应用，解决此类问题时的关键一是从动量守恒用，解决此类问题时的关键一是从动量守恒定律入手，二是分清喷气前和喷气后的速度定律入手，二是分清喷气前和喷气后的速度及
14、质量及质量如图如图1652所示，长为所示，长为l、质量为、质量为M的的小船停在静水中，一个质量为小船停在静水中，一个质量为m的人立在船头，的人立在船头，若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的若不计水的粘滞阻力，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？过程中，船和人对地面的位移各是多少？反冲运动的实例反冲运动的实例人船模型人船模型图图1652【思路点拨思路点拨】先画出船和人的位移示意图，再先画出船和人的位移示意图，再利用平均动量守恒列方程求解利用平均动量守恒列方程求解【精讲精析精讲精析】人和小船组成的系统在水平方向人和小船组成的系统在水平方向不受外力，动量守恒假设某一时刻小船和
15、人对不受外力，动量守恒假设某一时刻小船和人对地的速度分别为地的速度分别为v1、v2，由于原来处于静止状态，由于原来处于静止状态，因此因此0Mv1mv2，即，即mv2Mv1【方法总结方法总结】 “人船模型人船模型”是利用平均动量守是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应明确：恒求解的一类问题，解决这类问题应明确：(1)适用条件是：适用条件是：系统由两个物体组成且相互作用系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；前静止，系统总动量为零；在系统内发生相对运动在系统内发生相对运动过程中至少有一个方向动量守恒过程中至少有一个方向动量守恒(如水平方向或竖直如水平方向或竖直方向方向)(2)
16、画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出位移间的关系，注意两物体的位移是相对同一参找出位移间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移考系的位移变式训练变式训练1如图如图1653所示，表示质量为所示，表示质量为M的密闭汽缸置于光滑水平面上，缸内有一隔的密闭汽缸置于光滑水平面上，缸内有一隔板板P，隔板右边是真空，隔板左边是质量为，隔板右边是真空，隔板左边是质量为m的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运动情况是动情况是()图图1653A保持静止不动保持静止不动B向左移动一定距离后恢复静止向左移动一定距离后
17、恢复静止C最终向左做匀速直线运动最终向左做匀速直线运动D先向左移动，后向右移动回到原来位置先向左移动，后向右移动回到原来位置解析：解析：选选B.突然撤去隔板，气体向右运动，汽突然撤去隔板，气体向右运动，汽缸做反冲运动，当气体充满整个汽缸时，它们缸做反冲运动，当气体充满整个汽缸时，它们之间的作用结束由动量守恒定律可知，开始之间的作用结束由动量守恒定律可知，开始时系统的总动量为零，结束时总动量必为零，时系统的总动量为零，结束时总动量必为零，汽缸和气体都将停止运动，故汽缸和气体都将停止运动，故B正确正确一个质量为一个质量为m的物体从高处自由下落，当的物体从高处自由下落，当物体下落物体下落h距离时突然
18、炸裂成两块，其中质量为距离时突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置，求刚炸裂时另一块的速度置，求刚炸裂时另一块的速度v2.爆炸类问题的处理爆炸类问题的处理【自主解答自主解答】以炸裂时分裂成的两块以炸裂时分裂成的两块m1和和(mm1)组成的系统为研究对象，在炸裂的这一极组成的系统为研究对象，在炸裂的这一极短的时间内，系统受到的合外力即重力并不为零，短的时间内，系统受到的合外力即重力并不为零，但炸裂时的爆炸力远远大于系统的重力，系统在但炸裂时的爆炸力远远大于系统的重力，系统在竖直方向的动量可认为近似守恒竖直方向的动量可认为近似守
19、恒取竖直向下的方向为正方向，炸裂前的两部分是取竖直向下的方向为正方向，炸裂前的两部分是一个整体，物体的动量为一个整体，物体的动量为pmvm刚炸裂结束时向上运动并返回出发点的一块刚炸裂结束时向上运动并返回出发点的一块m1，其速度大小与炸裂前相同，动量方向与规定的正其速度大小与炸裂前相同，动量方向与规定的正方向相反方向相反2gh【方法总结方法总结】本例中爆炸只发生在一瞬间，本例中爆炸只发生在一瞬间，也只有在这一瞬间，系统的内力才远远大于系也只有在这一瞬间，系统的内力才远远大于系统所受的合外力，总动量近似守恒，如果爆炸统所受的合外力，总动量近似守恒，如果爆炸结束，巨大的内力已经不存在了，系统的总动结束，巨大的内力已经不存在了，系统的总动量不再守恒，明确这一研究阶段的始末状态，量不再守恒，明确这一研究阶段的始末状态，是求解这类问题的关键是求解这类问题的关键