1.6 反冲现象 火箭（学生用书）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

物理选择性必修第一册课堂学案 C.韩国队冰壶的速度为0.5m/s,两冰壶之 【变式2】（多选）在光滑水平面上，有两个半径 间的碰撞是弹性碰撞 相等的小球A、B,质量分别为mA、m,A向 D.韩国队冰壶的速度为0.5m/s,两冰壶之 右运动过程中与静止的B发生正碰，碰后 间的碰撞是非弹性碰撞 两球动量相同，则A与m:的关系可能是 思维导引：分析碰撞的可能性的三个切入点， () ①动量守恒；②动能不增加；③速度符合 A.ma=0.5 mm B.mA=2mg 情境。 C.mA=3mB D.mA=4mg ●课末随堂演练● 1,(对碰撞的理解)下列关于碰撞的理解正确 3.(碰撞过程的判断)甲、乙两球在水平光滑轨道 的是 () 上同向运动，已知它们的动量分别是p: A.碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时 5kg·m/s,pe=7kg·m/s,甲从后面追上乙 间内它们的运动状态发生了显著变化的过程 并发生碰撞，碰后乙球的动量变为10kg·m/s, B.在碰撞现象中，一般内力都远大于外力，所 则两球质量m与m:间的关系可能是() 以可以认为碰撞时系统的动能守恒 A.m=mz B.2m1=2 C.如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫 C.4m1=m2 D.6m1=m2 作非弹性碰撞 4.(非弹性碰撞)如图所示，小物块A、B的质量 D.微观粒子的相互作用由于不发生直接接触， 均为m=0.20kg,B静止在轨道水平段的末 所以不能称其为碰撞 端.A以水平速度o与B碰撞，碰后两物块粘 2.(非弹性碰撞的特点)（多选）作为时尚青年热 在一起水平抛出.抛出点距离水平地面的竖直 爱的运动，溜旱冰又炫又酷，备受追捧，如图甲 高度为h=1.80m,两物块落地点距离轨道末 所示，水平地面上有A、B两位同学，A的质量 端的水平距离为s=1,20m,重力加速度g取 为50kg,B静止在地面上.A以一定的初速度 10m/s.求： 向B滑去，一段时间后抱住B一起向右运动， (1)两物块在空中运动的时间t: 若以向右为正，A运动的位移一时间图像(x (2)两物块碰前A的速度的大小： !图像)如图乙所示，不计空气阻力以及地面对 (3)两物块碰撞过程中损失的机械能△E, 人的阻力，则下列说法正确的是 4/m A.B的质量为60kg B.B的质量为75kg C.A抱住B的过程中损失的机械能为375J D.A抱住B的过程中损失的机械能为4O0J 友情提示完成Ps课时作业（七） 第6节 反冲现象 火箭 答案精解P1s [学习目标]1，通过实验认识反冲现象，知道火箭的飞行原理（物理观念）.2.会应用动量守恒定 律解决有关反冲问题（科学态度与责任）. ·26· 第一章动量守恒定律 课前 教材预案● 1教材梳理 (2)质量比：火箭起飞时的质量与火箭除燃料 知识点1反冲现象 外的箭体质量之比.喷气速度越 ,质量 比越 ,火箭获得的速度越大 1.定义 3.现代火箭的主要用途：利用火箭作为 一个静止的物体在 的作用下分裂为 两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必 工具，如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人 然向相反方向运动的现象 造卫星和宇宙飞船等. 2.特点 1自主检测I (1)物体的不同部分在 作用下向相反 1.判断下列说法的正误. 方向运动 (1)公园里的湖面上有一条小船静止，一人站 (2)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可 在船头，现在人开始走向船尾，则小船会沿船 以用 来处理 头方向前进。 () 3.反冲现象的应用及防止 (2)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力 (1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水 与反作用力产生的效果 () 从喷口喷出时，一边喷水一边 (3)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动 (2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响 量守恒定律来分析. () 射击的 所以用枪射击时要把枪身抵 (4)火箭点火后离开地面加速向上运动，是地 在肩部，以减少反冲的影响 面对火箭的反作用力的作用结果 () 知识点2火箭 2.甲、乙两船的质量均为m,都静止在平静的湖 1.工作原理：利用 的原理，火箭燃料燃 面上，现甲船中质量为2m的人，以对地的水平 烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷 出，使火箭获得巨大速度。 速度从甲船跳到乙船，再从乙船跳到甲船，经 2.影响火箭获得速度大小的两个因素 次跳跃后，人停在乙船上.不计水的阻力，则甲、 (1)喷气速度：现代火箭的喷气速度为2000~ 乙（包括人）两船动量大小之比为 ,甲、 5000m/s 乙（包括人）两船的动能之比为 课堂 深度探究● 考点1对反冲现象的理解 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 【情境导学】仔细观察下列图片，思考气球、章 运动， 鱼、乌贼运动时应用了什么物理原理？ (2)反冲运动中，系统不受外力或内力远大于 外力，遵循动量守恒定律或在某一方向上动量 守恒 内 (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为 机械能，所以系统的机械能增加. 星知识拓展 2.讨论反冲运动应注意的两个问题 ·27· 物理选择性必修第一册课堂学案 (1)速度的方向性：对于原来静止的系统，可任 考点2火箭问题 意规定系统内某一部分的运动方向为正方向， 【情境导学】北京时间2024年1月11日11时 则反方向运动的另一部分的速度就要取负值 52分，搭载天行一号的快舟一号运载火箭， (2)速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作 在酒泉卫星发射中心点火发射并取得圆满 用的两物体的相对速度，将各速度转换成相对 成功.那么火箭飞行的原理是什么？ 同一参考系的速度，再列动量守恒方程。 【例题1】狙击枪重M=8kg,射出的子弹质量m 为20g,若子弹射出枪口时的速度为v 1000m/s,不计人对枪的作用力，则枪的后 学知识拓展 退速度是多大？ 1.火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的 思维导引：由于不计人对枪的作用力，狙击枪 重要应用 和子弹组成的系统动量守恒，分别计算子弹 2.分析火箭类问题应注意的三个问题 射出前后的动量，利用动量守恒定律可求得 (1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭 结果 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。 (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向. 【变式1】如图所示，反冲小车静止放在水平光滑 【例题2】如图所示，某中学航天兴趣小组的同学 玻璃板上，点燃酒精灯，水蒸气将橡皮塞水平 将静置在地面上的质量为M(含水)的自制 喷出，小车沿相反方向运动.如果小车运动前 “水火箭”释放升空，在极短的时间内，质量为 的总质量M=3kg,水平喷出的橡皮塞的质 m的水以相对地面为。的速度竖直向下喷 量m=0.1kg.(水蒸气质量忽略不计) 出.已知重力加速度为g,空气阻力不计，下列 说法正确的是 () (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度。= 2.9m/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，求小车的反冲速度.（小车一 直在水平方向运动) A.火箭的推力来源于火箭外的空气对它的反 作用力 B.水喷出的过程中，火箭和水机械能守恒 C火箭获得的最大速度为一 D.火箭上升的最大高度为2gM一m) mv 【变式2】将质量为1.0kg的模型火箭点火升空， 50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从 ·28· 第一章动量守恒定律 火箭喷口在很短时间内喷出.在燃气喷出后 出各物体的位移关系草图，找准各位移之间的 的瞬间，火箭的动量大小为（忽略重力和空气 关系 阻力的影响) ( 4.推论：由x以= m队一L可知 A.30kg·m/s B.5.7X10kg·m/s g一1、工前一十 2船十1人 C.6.0×10kg·m/sD.6.3×10kg·m/s (1)x人、x大小与人运动时间和运动状态无关 (2)人、船的位移（在系统满足动量守恒的方向 考点3“人船模型”及应用 上的位移)与质量成反比 【情境导学】有一只小船停在静水中，船上一人 【例题3】质量为m的人站在质量为M、长为L的 从船头走到船尾。 静止小船的右端，小船的左端靠在岸边.当他 向左走到船的左端时，船左端离岸的距离为 (忽略水的阻力) () (1)当人走动的速度增大时，船的速度如何 变化？ 。用用。男用用用 (2)当人停止运动，小船是否还继续移动？ L A.L B.M+m Cm mL D.M+m 思维导引：以人和船组成的系统为研究对象， 子知识拓展 由于不计水的阻力，在人从船头走到船尾的 过程中，系统在水平方向上不受外力作用，故 1.“人船模型”问题 系统在水平方向上动量守恒 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受 【变式3】如图所示，物体A和B质量分别为m1 外力的矢量和为零，则动量守恒 和m2,图示直角边长分别为a和b.设B与水 2.人船模型的特点 平地面无摩擦，当A由顶端O从静止开始滑 (1)两物体满足动量守恒定律：m人心人一m= 到B的底端时，B的水平位移是 0,在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速 m. 度大小与质量成反比 (2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快， 人慢船慢，人左船右，人、船位移比等于它们质 量的反比，即弘=.人和船的位移满足 C船2人 A. -b B.m b 11十12 十n2 |x人十x=L C. m1—(b一a) D. (b-a) 3.解题关键点：解题时要选择同一个参考系，画 7m1十m2 m1十n2 课末 随堂演练● 1,(反冲现象)一航天器完成对月球的探测任务 B.探测器加速运动时，竖直向下喷气 后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与 C.探测器匀速运动时，竖直向下喷气 月球表面成一倾角的直线飞行，先加速运动， D.探测器匀速运动时，不需要喷气 再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力， 2.(火箭原理)（多选）采取下列哪些措施有利于 下列关于喷气方向的描述正确的是( 增加火箭的飞行速度的是 () A.探测器加速运动时，沿直线向后喷气 A.使喷出的气体速度更大 ·29· 物理选择性必修第一册课堂学案 B.使喷出的气体温度更高 4(人船模型的应用)载人气球静止于高h的空 C.使喷出的气体质量更大 中，气球的质量为，人的质量为m,若人沿绳 D.使喷出的气体密度更小 梯滑至地面，则绳梯至少为多长？ 3.(反冲运动)如图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，炮弹射出炮筒口时相对于地面的速度为 .不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲 的速度大小为 友情提示完成P课时作业（八）》 7777777 培优课三 动量和能量的综合应用 答案精解P [学习目标]1.学会根据题意构建物理模型（物理观念）.2.会应用动量观点和能量观点分析三类 典型问题（科学思维）.3.学会运用动量和能量的知识来分析和解释生活中的问题（科学态度与责任）， 课堂深度探究● 考点1滑块一木板类模型 思维导引：先由动量守恒定律计算出共同速 度，再根据动量改变量结合动量定理求出时 1,把滑块、木板看成一个整体，摩擦力为内力，在 间：根据达到共速时的相对位移与初速度的 光滑水平面上滑块和木板组成的系统动量 关系，代入车长求出最大初速度 守恒. 2.由于摩擦生热，机械能转化为内能，系统机械 能不守恒，根据能量守恒定律，机械能的减少 量等于因摩擦而产生的热量，△E=F,·s相对， 其中翻对为滑块和木板相对滑动的路程， 【变式1】如图所示，光滑水平轨道上放置长木板 3.注意：若滑块不滑离木板，则意味着二者最终 A(上表面粗糙)和滑块C,滑块B置于A的 具有共同速度，机械能损失最大 左端(B、C可视为质点)，三者质量分别为 【例题1】如图所示，质量m1=0.3kg的小车静 ma=2kg、mm=1kg、o=2kg,A与B间的 止在光滑的水平面上，车长L=1.5m,现 动摩擦因数为4=0.5.开始时C静止，A、B 有质量m2=0.2kg且可视为质点的物块， 一起以v。=5m/s的速度匀速向右运动，A与 以水平向右的速度%=2m/s从左端滑上 C发生碰撞（时间极短）并粘在一起，经过一 小车，最后在车上某处与小车保持相对静 段时间，B刚好滑至A的右端而没掉下来.求 止.物块与车之间的动摩擦因数4=0.5， 长木板A的长度.(g取10m/s) g取10m/s2,求： 因 网四 g 7i (1)物块在车上滑行的时间： (2)要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小 车左端的速度'不超过多少 ·30·3解析(1)取滑块A的初速度方向为正方向，两滑块质量和平 作弹性碰撞：微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强 抛初速度分别为m,,,,平抛运动的水平位移分别为 大内力作用的特点，所以仍然是碰撞，选项A正确. 、2,平抛运动的时间为(.根据动量守恒定律得，0=功 2.BC解扬根据题图乙，A抱住B前A的速度大小一 m，又==号，代入得到m=m m/s=5m/s,A抱住B后他们的共同速度大小v= 1 (2)因为mAx1=m4x2,若x>T,则m1<. △ (3)根据机械能守恒定律，弹簧处于压缩状态时的弹性势能 14-10 4-2m/s=2m/s,根据动量守恒定律有m=(m十 等于两滑块弹出时的动能，所以E=之m时十m暖，由 m)u,解得m=75kg,选项A错误，B正确：A抱住B的过 h= 之，可以得到1=√臣，所以助== 程中损失的机精能△E=号m暖一合(m十m),解得 .2h △E=375J,选项C正确，D错误. 3.C解析甲、乙两球在碰撞过程中动量守恒，有p十p= ,代人上式后得E-最(mi十mr). p十p,即=2kg·m/s,由于在碰撞过程中，不可能有其 他形式的能量转化为机械能，只能是系统内物体间机械能的 相互转化或一部分机械能转化为内能，因此系统的机械能不 答3(1)mAx1=m.x2 (2)<(3)E-最(mf+muxi) 会增加，所以有盒十益>然+会解得m<品调 第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞 为题目给的物理情景是“甲从后面追上乙”，要符合这一物理 课堂·深度探究 情景，就必频有品>品即<号m:同时还要特合碰捷 【情境导学】 答案碰撞过程持续时间极短，此过程中内力远大于外力，满足 后乙球的速度必须大于或等于甲球的速度这一条件，所以 动量守恒的条件，只是碰撞过程不同，能量的损失不同。 在<在，即m≥号m,蜂上可得，选项C正确。 [例题1门解析取A球初速度方向为正方向. 4.解析(1)两物块在空中做平抛运动，竖直方向为自由落体运 (1)若发生弹性碰撞，碰撞后A球的速度为1，B球的速度 为2，根据动量守恒定律可得m1=m十m2功， 动：由自由落休对规律可得=， 根据能量守恒定律可得号m话=之m听十之m话。 解得1=0.6s (2)设A、B碰后速度为，水平方向为匀递直线运动， 联立解得=1m/s,欢=4m/s 由运动规律可得=， (2)若发生究全非弹性碰撞，设碰撞后的速度为，根据动 解得v=2m/s, 量守恒定律可得m=(m十2)v,解得u=2m/s 两物块碰撞过程，由动量守恒定律得mh=2m 答系(1)1m/s4m/s(2)2m/s2m/s 解得=4m/s [变式1门解析(1)A、B相碰满足动量守恒定律，以山的方向为 (3)两物体碰撞过程中根据能量守恒，损失的机械能 正方向，有=2， 解得两球跟C球相碰前的速度1=1m/s。 E-mi-×2m, (2)两球与C球碰撞同样满足动量守位定律，以W的方向 解得△E=0.8J 为正方向，有2=比十2， 答案(1)0.6s(2)4m/s(3)0.8J 解得两球碰后的速度边=0.5m/s, 第6节 反冲现象 火箭 两次碰撞损失的动能为 4B=zm6-之×2mnf-之mt=1.251 课堂·深度探究 【情境导学】 俗累(1)1m/s(2)L.25J 答案反冲原理， [例题2]B解析两冰壶碰撞的过程中动量守恒，规定向前运 [例题门解析子弹和枪组成的系统动量守恒，以子弹的速度方 动方向为正方向，根据动量守恒定律有=边十， 向为正方向 代入数据得m×0.4m/s=mX0.1m/s十，解得边 作用前：p=0,作用后：p'=mw一Mu Q3m/动能减小量△B=之mf-之m透-之mi- 由动量守恒定律得：p=p',即0=w一M0 2×19×(0.4-0.1-0.3)小=0.57J>0,故系统动能减 解得-得-0.02×10)m/s=2.5m 8 答累2.5m/s 小，两冰壶之间的碰撞是非弹性碰撞，选项B正确. [变式1]解粉(1)小车和校皮塞组成的系统所受外力之和为 [变式2]BC解析取向右为正方向，根据动量守恒定律得 零，系统总动量为零。以橡皮塞水平运动的方向为正方向 A=mAA十VB,根据碰撞过程总动能不增加有 根据动量守恒定律有0=mu十(M一m), 名m时≥之风暖十之m,据题有m=ms8,又有 0.1 解得0=Mm=-32×2.9m/s=-0.1m/ ≤B,联立解得mB≤m≤3mg, 负号表示小车运动方向与橡皮塞水平运动的方向相反，小 课末·随堂演练 车反冲速度大小是0.1m/、 1,A解析碰拉是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇 (2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒.以橡皮塞 时在极短时间内发生的一种现象，一般内力远大于外力，系 运动的水平分运动方向为正方向， 统动量守恒，动能不一定守恒：如果碰撞中机械能守恒，就叫 有c0s60°+(M一m)'=0, 175. '=-mcms60°=_0.1X29X0.5m/s=-0.05m/s 的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为由sa,以 M-m 3-0.1 水平向右为正方向，根据动量守恒定律有cos a 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，小车反冲速度大小是0.05m/、 M如=0，所以炮车向后反冲的速度大小为u=a cos a M 答累(1)0.1m/s,方向与橡皮塞水平运动的方向相反 (2)0.05m/s,方向与橡皮塞水平分运动的方向相反 图"” 【情境导学】 4.解析气球和人原来静止在空中，说明系统 答案火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理。 所受合外力为0，故系统在人下滑的过程中 [例题2]D解析火箭的推力来源于向下喷出的水对它的反 动量守恒，人着地时绳梯至少应接触地面， 作用力，选项A错误；水喷出的过程中，瓶内气体做功，火 设绳梯长为1，人沿绳梯滑至地面时人的位 膏及水的机械能不守恒，选项B错误：在水喷出后的瞬间， 移为x人，气球的位移为x啡，两者的位移关 火箭获得的速度最大，由动量守恒定律有(M一m)y一= 系如图所示， 0,解得=m选项C错误：水喷出后，火箭做坚直上抛 由动量守恒有x球一Lx队=0， 又有工非十x人=l,x人=h, 26 运动，有t=2gh,解得h=2gM一m,选项D正确. 联立解得1=十。 mo [变式2]A解析燃气从火箭喷口喷出的过程中，火箭和燃气 答室十h 组成的系统动量守恒，设燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大 mo 小为，以火箭运动方向为正方向，根据动量守恒定律，可 培优课三 动量和能量的综合应用 得p一m=0,其中m为燃气的质量，贴为燃气喷出的速 度，解得p=mw=0.05kg×600m/s=30kg·m/s,选项A 课堂·深度探究 正确。 [例题]解析(1)设物块与小车的共同速度为，以水平向右 【情境导学】 的方向为正方向，根据动量守恒定律有=(m十m), 答案(1)船的速度也会增大.(2)人停止运动，船也会停止 设物块与车之间的滑动摩擦力为F,对物块应用动量定理 运动. 有一Ft=m一m: [例题3]D解析如图所示，在人从船 又F,=g: 头走到船尾的过程中，任设某一时 联立并代入数据得1=0.24s」 刻人和船的速度大小分别为功和 (2)要使物块恰好不从车的右端滑出，则物块到车的最右端 ?,则由于人和船的总动量守恒， 时与小车有共同的速度，设其为v, 则有m一M=0,而此过程中人 则m20。=(m十m)x', 与船的平均速度和也应满足 由能量守恒定律有分m片=名(m十m+mgL, 类似的关系m1一M⑦4=0，上式 代入数据解得u'。=5m/s, 同乘过程所经历的时间1后，人和船相对于岸的位移同样 故要使物体不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度 有m山一M2=0,从图中可以看出，山十2=L,联立以上各 v'。不超过5m/s. 式解得=平=选项D正确。 答率(1)0.24s(2)5m/s [变式3]C解损A、B组成的系统在相互作用过程中水平方 [变式1门解杨A与C碰撞过程动量守恒， 向动量守恒，两物体位移关系如图所示，则x一m:(b一 则有tAo=(mA十m)h,解得=2.5m/s: a一)=0，解得=m么四，选项C正确，A,B.D错混. B在A上滑行，A、B,C组成的系统动量守恒，则有 1十2 组%十(mA十)物=(mA十nB十)2， 解得边=3m/8: m 由能量守恒定律得号m话十号（m十m)听= 2(m+ mm十c)话十aBgl, 解得1=0.5m. 0-u-x 答案0.5m 课末·随堂演练 [例题2]解析(1)设子弹射入木块后，二者的共同速度为'，取 1.C解析探测器加速运动时，通过喷气获得的推动力与月球 子弹的初速度方向为正方向，则有u=(十m)v,① 对探测器的引力的合力沿加速度运动方向，选项A,B错误： 二者一起沿地面滑动，前进的距离为x,由动能定理得 探测器匀速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器 -m+mgr=0-(m+m,回 的引力的合力为零，根据反冲运动的特点可知，选项C正确， D错误. 联立①②两式解得x一2十m)网 气2 2.AC解析设火箭原来的总质量为M,喷出的气体质量为m, (2)射入过程中系统损失的机械能为 速度是，剩余的质量为(M一m),速度是U,由动量守恒定 律得(M-m)d'=m,解得t=Mm m,由此式可知，m越大， △E=7m-m+mn, 解得△E=2m十m m u越大，越大，选项AC正确， 3.解扬取炮弹与地车组成的系统为研究对象，因不计地车与 地面的摩擦，所以在水平方向上动量守恒，炮弹发射前，系统 答累1)2(m十m)广g (2)2+m ·176·