高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭学案设计，共13页。学案主要包含了反冲现象，火箭等内容，欢迎下载使用。

一、反冲现象
1.概念:一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,两部分分别向相反方向运动的现象。
2.特点
(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。
(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用 定律来处理。
3.应用与防止
(1)应用:农田、园林的喷灌装置能够一边喷水一边 ,这是因为喷口的朝向略有偏斜,水从喷口喷出时,喷管因反冲而旋转。
(2)防止:用枪射击时,由于枪身的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部,以减少反冲的影响。
[微点拨]
反冲运动中,系统的初动量为零,则动量守恒定律的形式为:0=m1v1+m2v2,即做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反。
[情境思考]
两位同学在公园里划船。租船时间将到,她们把小船划向码头。当小船离码头约为2 m时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m,跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳,结果却掉到了水里(如图)。她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢?(假设起跳时船已静止)
二、火箭
1.工作原理:利用 原理,火箭点燃燃料产生的燃气从尾部以很大的速度向后喷出,使火箭获得巨大的速度。
2.火箭速度的大小
(1)推导:设火箭在极短时间内喷出的气体质量为Δm,气体的速度为u,喷出气体后火箭的质量为m,火箭的速度增加量为Δv,由动量守恒定律得:mΔv+Δmu=0,解得Δv=-Δmm u。
(2)影响火箭速度大小的因素
①喷气速度u。喷出的气体速度越大,火箭获得的速度Δv越大。
②火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比。比值越大,火箭获得的速度Δv越大。
[质疑辨析]
我国早在宋代就发明了火箭(如图甲),火箭上扎一个火药筒,火药筒的前端是封闭的,火药点燃后火箭由于反冲向前运动。现代火箭原理与古代火箭原理相同(如图乙)。
判断下列说法是否正确:
(1)火箭应用了反冲的原理。( )
(2)火箭在向后喷气的过程中,火箭的总质量在不断减小,火箭向前运动的速度在不断增大。( )
(3)火箭点火后向下喷出高速高压气体,离开地面火箭向上加速,是地面对火箭的反作用力作用的结果。( )
强化点(一) 反冲现象的理解与应用
任务驱动
草坪灌溉用的自动旋转喷水器原理图如图所示,当水从弯管的喷嘴里喷射出来时,弯管自动旋转,大大增加了喷水的面积,请说明原理。
[要点释解明]
1.反冲运动的特点及遵循的规律
(1)特点:是物体之间的作用力与反作用力产生的效果。
(2)条件:
①系统不受外力或所受外力的矢量和为零。
②内力远大于外力。
③系统在某一方向上不受外力或在该方向上所受外力之和为零。
(3)规律:反冲过程中系统动量守恒、机械能不守恒。
2.处理反冲运动应注意的三个问题
(1)速度的方向:对于原来静止的整体,两部分的运动方向必然相反。在列动量守恒方程时,可任意规定某一部分的运动方向为正方向,则反方向的速度应取负值。
(2)相对速度问题:在反冲运动中,有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中应先将相对速度转换成对地的速度,再列动量守恒定律方程。
(3)变质量问题:如在火箭的运动过程中,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。
[典例] 反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精灯,蒸汽将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动。如果小车运动前的总质量M=3 kg,水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1 kg。
(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9 m/s,求小车的反冲速度;
(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变,方向与水平方向成60°角,小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?
尝试解答:
[题点全练清]
1.(2025·辽宁阜新阶段练习)(多选)下列利用反冲原理的是( )
A.喷气式飞机飞行
B.喷灌装置的自动旋转
C.章鱼游动
D.苹果下落
2.(2025·山西太原开学考试)(多选)站在冰面上处于静止状态的80千克的运动员甲,把身边静止的60千克的运动员乙推出去,自己向着反方向运动了出去,不计冰面的摩擦力,关于此过程,下列说法正确的是( )
A.甲对乙做的功与乙对甲做的功大小相等
B.甲对乙做功的平均功率大于乙对甲做功的平均功率
C.乙的动能增加量等于甲的动能增加量
D.两运动员构成的系统机械能不守恒
强化点(二) 火箭的工作原理分析
任务驱动
1.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?
2.根据上述分析,讨论如何提高火箭获得的飞行速度大小。
[要点释解明]
1.火箭喷气属于反冲类问题,是动量守恒定律的重要应用。
2.分析火箭类问题应注意的三点
(1)火箭在运动过程中,随着燃料的燃烧,火箭本身的质量不断减小,故在应用动量守恒定律时,必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。
(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系,如果不是同一参考系,要设法予以转换,一般情况要转换成对地的速度。
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。
[题点全练清]
1.(2025·江苏南通阶段练习)如图所示,一架质量为m的喷气式飞机飞行的速率为v,某时刻它向后喷出的气体相对飞机的速度大小为u,
喷出气体的质量为Δm,以地面为参考系,下列说法正确的是( )
A.若u