第十六章 核心素养整合提升（学案）-【成才之路】2020-2021学年高中新课程物理同步学习指导（人教版选修3-5）

现行旧教材·高中新课程学习指导 1 2 Mv′2船 所以 v′ < v,人跳出的距离变小,所以人掉到了水里。 正是由于船的反冲导致了此结果。 课内互动探究 　 　 思考讨论 1:因为月球上没有空气,所以螺旋桨飞机无法起飞,只能 配置喷气式飞机。 典例 1:(1)0. 05 kg ~ 0. 45 kg　 (2)0. 15 kg;600 s 解析:(1)以飞船为参考物,设沿着飞船运动的方向为正方向,并设 喷出质量为 m(kg)氧气时宇航员获得的速度是 v′,对于“宇航员和喷出 的氧气”这一系统而言,在喷气方向上由动量守恒可得: (M - m)v′ - mv = 0,考虑 M≫m,有 v′ = mv/ M ① 宇航员返回时做匀速运动,历时 t = s / v′ ② 又筒内氧气的总质量满足关系为 m0 = Qt + m ③ 联立①②③三式得:m0 = Qs· M mv + m 代入数据得:m1 = 0. 05 kg,m2 = 0. 45 kg,即宇航员喷出0. 05 kg或 0. 45 kg的氧气时,返回去刚好把剩余的氧气呼吸完,假如喷出的氧气介 于 m1 和 m2 之间,则返回后还有剩余的氧气,故本问题的答案是:喷出 的氧气介于 0. 05 kg ~ 0. 45 kg之间,即可安全返回。 (2)为了使耗氧量最低,设喷出 m(kg)氧气, 则耗氧为:Δm = Qt + m ④ 结合上面①②两式就有:Δm = QsM mv + m = 2.25 ×10 -2 m + m 当 m = 2.25 ×10 -2 m 时,Δm 有极小值,即 m = 2.25 ×10 -2 kg = 0.15 kg,耗氧量最 低,此时返回的时间为 t = s v′ = sM mv =600 s。 对点训练 1:C　 根据动量守恒得 v′ = Mv0 - mv M - m ,mv 可能大于、小于 或等于 Mv0 ,所以 v′可能小于、大于或等于零。 　 　 思考讨论 2:火箭靠喷射高温高压燃气获得反作用力,将“ 神舟” 系 列飞船送入太空。 典例 2:(1)2 m / s;(2)13. 5 m / s 解析:方法一:喷出气体运动方向与火箭运动方向相反,系统动量守恒。 (M - m)v1 - mv = 0 所以 v1 = mv M - m 。 第二次气体喷出后,火箭速度为 v2 ,有 (M - 2m)v2 - mv = (M - m)v1 所以 v2 = 2mv M - 2m 第三次气体喷出后,火箭速度为 v3 ,有 (M - 3m)v3 - mv = (M - 2m)v2 所以 v3 = 3mv M - 3m = 3 × 0. 2 × 1 000 300 - 3 × 0. 2 m / s = 2 m / s。 依次类推,第 n 次气体喷出后,火箭速度为 vn,有 (M - nm)vn - mv = [M - (n - 1)m]vn - 1 所以 vn = nmv M - nm 　 　 因为每秒喷气 20 次,所以 1 s 末火箭速度为 v20 = 20mv M - 20m = 20 × 0. 2 × 1 000 300 - 20 × 0. 2 m / s = 13. 5 m / s 方法二:整体选取研究对象,运用动量守恒定律求解 (1)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 所以 v3 = 3mv M - 3m = 2 m / s (2)以火箭和喷出的 20 次气体为研究对象 (M - 20m)v20 - 20mv = 0 所以 v20 = 20mv M - 20m = 13. 5 m / s 对点训练 2:D　 根据动量守恒定律,得 (m1 + m2 )v0 = m1 v1 + m2 v2 v1 = v0 + m2 m1 (v0 - v2 ) 选项 D 正确。 课堂巩固达标 1. D　 喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而运动的,章鱼在水中前行 和转向利用了喷出的水的反冲作用,火箭发射是利用喷气的方式而获 得动力的,利用了反冲运动,故 A、B、C 不符合题意;码头边轮胎的作用 是延长碰撞时间,从而减小作用力,没有利用反冲作用,故 D 符合题意。 2. B　 当人滑到绳下端时,如图所示,由动量守恒,得 m1 h1 t = m2 h2 t ,且 h1 + h2 = h。 解得 h1 = 1. 4m;所以他离地高度 H = h - h1 = 3. 6 m,故选 项 B 正确。 3. B　 火箭的推力来源于燃气对它的反作用力,选项 A 错误;以竖直向下 为正方向,根据动量守恒定律有 0 = mv0 - (M - m)v,解得在燃气喷出后 的瞬间,火箭的速度大小为v