(教用word)第1章 6 反冲现象 火箭-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

6　反冲现象　火箭 核心素养目标 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1. 知道什么是反冲运动 2．知道反冲运动的原理 3．知道火箭飞行的原理 1. 能用动量守恒定律分析反冲运动问题 2．掌握“人船模型”的处理方法 探究火箭的发射原理 体会反冲知识在生产、生活和科技中的应用 一、反冲现象 1．定义 根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫作反冲现象。 2．反冲的原理 反冲现象的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量。 3．公式 若系统的初始动量为0，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比。 二、火箭 1．原理 火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大的速度。 2．影响火箭获得速度大小的因素 一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比。喷气速度越大，质量之比越大，火箭获得的速度越大。 判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相同。 (×) (2)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理。 (√) (3)火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果。 (×) (4)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行。 (√) (5)火箭发射时，火箭获得的机械能来自燃料燃烧释放的化学能。 (√) (6)只有系统合外力为0的反冲运动才能用动量守恒定律来分析。 (×) 　 　　反冲运动 假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？ 提示：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。 1．反冲运动的三个特点 (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，相互作用的内力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。 (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加。 2．反冲运动的三种情况 (1)反冲运动过程中系统不受外力或所受合外力为0，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律分析解决问题。 (2)反冲运动过程中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，也可以用动量守恒定律分析解决问题。 (3)反冲运动过程中虽然系统所受合外力不为0，系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为0，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以在该方向上用动量守恒定律分析解决问题。 3．讨论反冲运动应注意的两个问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，当被抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。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，则反方向的这一部分的速度就要取负值。 (2)速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。但是动量守恒定律中要求速度是相对于同一参考系的速度(通常为对地的速度)。因此应先将相对速度统一转换成对地速度，再列动量守恒方程。 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速度v＝1 000 m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次。当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？ 解析：方法一 喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒。 第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有 (M－m)v1－mv＝0 所以v1＝ 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＝ 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＝＝ m/s＝2 m/s。 方法二 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 所以v3＝＝2 m/s。 答案：2 m/s 分析火箭类问题应注意的问题 (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是同一参考系，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。反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的。 在水平铁轨上放置一门质量为M的炮车，发射的炮弹质量为m，设铁轨和炮车间摩擦不计，则： (1)炮