1-4 反冲运动-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-5）

第四节　反冲运动 [目标定位]　1.了解反冲运动及反冲运动的应用.2.能够应用动量守恒定律解决反冲运动的相关问题.3.了解火箭的飞行原理及决定火箭最终速度大小的因素． 一、反冲运动 1．反冲：当一个物体向某一方向射出(或抛出)其中的一部分时，这个物体的剩余部分将向相反方向运动的现象叫反冲． 2．反冲现象遵循动量守恒定律 想一想　为什么反冲运动系统动量守恒？ 答案　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． 二、火箭 1．工作原理：火箭的工作原理是反冲运动，其反冲过程动量守恒．它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度． 2．火箭的最终速度取决于两个条件：一是向后的喷气速度v；二是质量比，即火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题1[来源:学科网] 问题2 问题3 一、对反冲运动的理解 [来源:学科网ZXXK] 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之和为零； ②内力远大于外力； ③系统在某一方向上不受外力或该方向所受外力之和为零； (3)反冲运动遵循动量守恒定律． 2．讨论反冲运动应注意的两个问题 (1)速度的反向性：对于原来静止的整体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的速度方向与被抛出部分的速度方向必然相反． (2)速度的相对性：一般都指对地速度． 【例1】　质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧，静置于光滑水平桌面上，当用板挡住小球A而只释放B球时，B球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上，如图1所示．若再次以相同力压缩该弹簧，取走A左边的挡板，将A、B同时释放，则B球的落地点距桌边(　　) 图1 A. s s C．s D. B. 答案　D 解析　挡板挡住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有Ep＝s，D对．vB，由平抛运动知识可知s＝vBt，s′＝vB′t，所以s＝mvB′2，由以上两式解得vB′＝，挡板撤走后，弹性势能被两球平分，则有Ep＝2×mv 针对训练　如图2所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为α，炮弹出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度v为________． 图2 答案　 解析　取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒．炮弹发射前，系统的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos α，根据动量守恒定律有：mv0cos α－Mv＝0 所以炮车向后反冲的速度为v＝. 二、火箭的原理 1．火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比(火箭开始起飞时的质量与燃料燃尽时的质量之比)两个因素决定． 2．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研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题． 【例2】　一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的对地速度v＝1 000 m/s.设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒钟喷气20次．(计算结果在小数点后保留一位有效数字) (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？ (2)运动第1 s末，火箭的速度多大？ 答案　(1)2.0 m/s　(2)13.5 m/s 解析　火箭喷气属于反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解． (1)选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解．设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M－3m)v3－3mv＝0，故v3＝≈2.0 m/s[来源:Zxxk.Com] (2)发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律得：(M－20m)v20－20mv＝0，故v20＝≈13.5 m/s. 借题发挥　分析火箭类问题应注意的三个问题 (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调整，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．反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相同的． 三、反冲运动的应用——“人船模型” 1．“人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力