第一章 第四节 动量守恒定律的应用(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第四节　动量守恒定律的应用 核心素养导学 物理观念 (1)知道动量守恒定律是物理学中常用的普适定律之一。 (2)了解反冲运动的概念，知道反冲运动的原理。 (3)了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素。 科学思维 应用动量守恒定律解决反冲运动问题。 科学探究 通过观察反冲现象，在寻找它们共同规律的过程中培养学生的观察能力和发现问题的能力。 科学态度与责任 (1)了解我国的航空、航天事业的巨大成就和当前的航空、航天计划，激发学生热爱祖国的情感。 (2)体会物理知识来源于生活而又应用于生活的特点，提高学生物理学习的学科素养。 一、动量守恒定律的适用范围 1．动量守恒定律是物理学中最常用的普适规律之一，迄今为止，尚未出现违反动量守恒定律的现象。 2．动量守恒在日常生活中是比较常见的，如冰壶运动、火箭升空、台球之间的碰撞等，都适合用动量守恒定律分析。 二、反冲运动与火箭 1．反冲运动 (1)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部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反方向运动的现象。 (2)灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、“水火箭”发射、火箭发射升空等都是利用了反冲运动。 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＝mv1＋mv2，即做反冲运动的两部分的动量大小相等，方向相反。　　 2．火箭 (1)原理：火箭的发射应用了反冲的原理，靠喷出气流的反作用来获得巨大速度。 (2)影响火箭获得速度大小的因素： 一是火箭喷出的燃料的速度，喷出的燃料速度越大，火箭获得速度越大。 二是喷出的燃料质量与火箭质量之比，比值越大，火箭获得速度越大。 (3)利用多级火箭可以达到发射人造地球卫星的速度要求。 研究火箭运动时，要明确火箭和喷出的气体的初、未状态的速度必须是同一参考系，一般以大地为参考系。　　 1.有两位同学静止在滑冰场上，不论谁推谁一下，两个人都会向相反方向滑去，他们的动量都发生了变化，他们的总动量在推动前后是否发生了变化？ 提示：总动量不变。 2．我国宋代就发明了火箭(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相同(如图乙)。 关于火箭，试判断正误： (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。(×) 新知学习(一)|对反冲运动的理解 [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。 提示：当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，水给弯管一个反作用力，弯管在这个反作用力下实现自动旋转。　　　　 [重点释解] 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该方向上所受外力之和为零。 (3)反冲运动遵循动量守恒定律。 2．处理反冲运动应注意的两个问题 (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。 [典例体验] [典例]　反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，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)? [解析]　(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零。以橡皮塞运动的方向为正方向，根据动量守恒定律有 mv＋(M－m)v′＝0 解得v′＝－0.1 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反。 (2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒。以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有 mvcos 60°＋(M－m)v″＝0 解得v″＝－0.05 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反。 [答案]　(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反　(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 /方法技巧/ (1)反冲是系统内的不同部分在强大内力作用下向相反方向运动的现象。 (2)