6.反 冲（导学案）物理教科版2019选择性必修第一册

第6节 反 冲 1.物理观念：通过实验认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系;能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，深化相互作用与运动观和能量观。 2.科学思维：通过观察常见的反冲现象，共同讨论寻找其中的规律;通过分析反冲运动的特点建构相应的物理模型，并能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题，掌握从多种现象中建立模型、得出规律的科学思维方法。 3.科学探究：通过物理模型，知道火箭的飞行原理和主要用途，感受物理的使用价值;通过对实例的分析，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力，体会物理就在身边。 4.科学态度与责任：了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭技术的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。 1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。 2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 3.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”(重点)。 【知识回顾】 第5节 碰 撞 一、实验探究 二、碰撞的分类 (1)弹性碰撞：系统在碰撞前后动能 。 (2)非弹性碰撞：系统在碰撞后动能 。 (3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有 ，动能损失 。 三、中子的发现 【自主预习】 第6节 反 冲 一、反冲现象 1. 定义：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 运动另一部分必然向 的方向运动。这个现象叫做反冲。 2.特点： a.内力 外力，遵循动量守恒定律 b.初始状态不静止的同样适用 c.一般情况下反冲运动机械能 二、火箭的发射 1.原理：火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的 作用来获得巨大速度。 2.影响火箭获得速度大小的因素：一是相对于火箭的喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之 。（喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大） 三、我国航天技术发展 思考与讨论1 一、反冲现象 提问：1.小朋友燃放冲天炮、枪发射子弹、乌贼游泳、飞船飞行…这些现象都满足什么共同特征呢？ 提问：2.我们把具有这种特征的现象叫什么？ 提问：3.反冲运动过程中，系统的动量有什么变化？ 提问：4.对于两个物块和弹簧组成的系统，如果从动量角度分析，系统在运动过程中动量有什么样的关系？怎样用数学方程表示？ 提问：5.系统的机械能守恒吗？请从能量角度分析下能量的转化。 思考与讨论2 二、火箭的发射 提问：1.火箭静止在地面上，其包含燃料的总质量为m，在极短的时间Δt内，火箭将质量为Δm的燃料以速度u喷出，则火箭获得的速度v为多少？ 提问：2.根据分析结果想一想可以怎样提高火箭的发射速度？ 课堂小结： 本节课是本章知识的运用课，是理论与实际结合的典例，学生需学会结合动量守恒的相关知识对具体问题进行分析、解释、计算，本节课与生活和生产的关联很大。通过观察气球小车、火箭、发射子弹等现象，帮助学生顺利地了解反冲运动的含义。 1.(多选)判断下列说法正确的是(　　) A.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 B.只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 C.反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子 D.在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行 2.带子弹的步枪质量为5 kg，一颗子弹的质量为10 g，子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　) A.2 m/s B.1.8 m/s C.3 m/s D.4 m/s 3.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是(　　) A.燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 4.如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力与分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为(　　) A.v0－v2 B.v0＋v2 C.v0－v2 D.v0＋(v0－v2) 5.如图，反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精灯，水蒸气将橡皮塞水平喷出，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(水蒸气质量忽略不计)。 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； 6.如图所示，我国自行研制的“歼－15”战斗机挂弹飞行时，接到命令，进行导弹发射训练，当战斗机水平飞行的速度为v0时将总质量为M的导弹释放，刚释放时，导弹向战斗机飞行的反方向喷出对地速率为v1、质量为m的燃气，则喷气后导弹相对地面的速率v为(　　) A. B. C. D. 7.一门旧式大炮如图所示，炮车和炮弹的质量分别为M和m，炮筒与水平地面的夹角为α，炮弹发射瞬间相对于地面的速度为v0。不计炮车与地面的摩擦，则炮车向后反冲的速度大小为(　　) A. B. C. D. 8.某中学航天兴趣小组的同学将静置在水平地面上的质量为M(含水)的自制“水火箭”释放升空，在极短的时间内，质量为m的水以相对地面为v0的速度竖直向下喷出。已知重力加速度为g，空气阻力不计，下列说法正确的是(　　) A．“水火箭”的推力来源于“水火箭”外的空气对它的反作用力 B．水喷出的过程中，“水火箭”和水机械能守恒 C．“水火箭”获得的最大速度为v0 D．“水火箭”上升的最大高度为 9.如图所示，自行火炮车同炮弹的总质量为M，炮管水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮车的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　　) A. B. C. D. 10.2020年11月24日4时30分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。假设火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体喷出时的速度v＝1 000 m/s。设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次。求： (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度大小； (2)运动第1 s末，火箭的速度大小。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第6节 反 冲 1.物理观念：通过实验认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系;能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，深化相互作用与运动观和能量观。 2.科学思维：通过观察常见的反冲现象，共同讨论寻找其中的规律;通过分析反冲运动的特点建构相应的物理模型，并能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题，掌握从多种现象中建立模型、得出规律的科学思维方法。 3.科学探究：通过物理模型，知道火箭的飞行原理和主要用途，感受物理的使用价值;通过对实例的分析，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力，体会物理就在身边。 4.科学态度与责任：了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭技术的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。 1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。 2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 3.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”(重点)。 【知识回顾】 第5节 碰 撞 一、实验探究 二、碰撞的分类 (1)弹性碰撞：系统在碰撞前后动能不变。 (2)非弹性碰撞：系统在碰撞后动能减少。 (3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，动能损失最大。 三、中子的发现 【自主预习】 第6节 反 冲 一、反冲现象 1. 定义：一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。 2.特点： a.内力远大于外力，遵循动量守恒定律 b.初始状态不静止的同样适用 c.一般情况下反冲运动机械能不守恒 二、火箭的发射 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速度。 2.影响火箭获得速度大小的因素：一是相对于火箭的喷气速度，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，质量比越大，火箭获得的速度越大） 三、我国航天技术发展 思考与讨论1 一、反冲现象 提问：1.小朋友燃放冲天炮、枪发射子弹、乌贼游泳、飞船飞行…这些现象都满足什么共同特征呢？ 答案　这些现象都是在内力作用下分裂为两部分，而且两部分分别向相反方向运动。 提问：2.我们把具有这种特征的现象叫什么？ 答案　我们将这种现象称之为—反冲。 提问：3.反冲运动过程中，系统的动量有什么变化？ 答案　反冲过程中一般都满足内力远大于外力，所以动量是守恒的。 提问：4.对于两个物块和弹簧组成的系统，如果从动量角度分析，系统在运动过程中动量有什么样的关系？怎样用数学方程表示？ 答案　这种情况下弹簧弹力属于系统内力远大于两物块受到的摩擦力，动量是守恒的。 满足方程：0=m1v1+m2v2 提问：5.系统的机械能守恒吗？请从能量角度分析下能量的转化。 答案　不守恒；由于受到摩擦力作用，系统中有一部分机械能会转化为内能损失掉。 思考与讨论2 二、火箭的发射 提问：1.火箭静止在地面上，其包含燃料的总质量为m，在极短的时间Δt内，火箭将质量为Δm的燃料以速度u喷出，则火箭获得的速度v为多少？ 答案　根据动量守恒，喷气过程满足：0=(m－Δm)v＋ Δmu 解得：v＝- u＝u 提问：2.根据分析结果想一想可以怎样提高火箭的发射速度？ 答案　增大燃料的喷射速度、减小火箭与燃料质量比。 课堂小结： 本节课是本章知识的运用课，是理论与实际结合的典例，学生需学会结合动量守恒的相关知识对具体问题进行分析、解释、计算，本节课与生活和生产的关联很大。通过观察气球小车、火箭、发射子弹等现象，帮助学生顺利地了解反冲运动的含义。 1.(多选)判断下列说法正确的是(　　) A.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 B.只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 C.反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子 D.在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行 答案　ACD 解析　反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果，选项A正确；系统某一方向上合外力为零的反冲运动也可以用动量守恒定律来分析，选项B错误；反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子，选项C正确；在没有空气的宇宙空间，火箭向下喷气时，由于反冲作用，火箭仍可加速前行，选项D正确。 2.带子弹的步枪质量为5 kg，一颗子弹的质量为10 g，子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　) A.2 m/s B.1.8 m/s C.3 m/s D.4 m/s 答案　B 解析　设子弹和枪的总质量为M，子弹质量为m，以子弹从枪口飞出时速度的反方向为正方向，由动量守恒定律得(M－m)v1－mv2＝0，得v1＝＝ m/s≈1.8 m/s，故B正确。 3.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是(　　) A.燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 答案　B 解析　火箭的工作原理是反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压气体从尾部迅速喷出时，气体的反作用力推动火箭，使火箭获得反冲速度，故B正确。 4.如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力与分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为(　　) A.v0－v2 B.v0＋v2 C.v0－v2 D.v0＋(v0－v2) 答案　D 解析　火箭和卫星组成的系统分离时在初速度方向上动量守恒，以火箭的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律有(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，解得v1＝v0＋(v0－v2)，选项D正确。 5.如图，反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精灯，水蒸气将橡皮塞水平喷出，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(水蒸气质量忽略不计)。 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； 答案　0.1 m/s　方向与橡皮塞水平运动方向相反　 解析　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′＝－v＝－×2.9 m/s＝－0.1 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞水平运动的方向相反，反冲速度大小是0.1 m/s。 6.如图所示，我国自行研制的“歼－15”战斗机挂弹飞行时，接到命令，进行导弹发射训练，当战斗机水平飞行的速度为v0时将总质量为M的导弹释放，刚释放时，导弹向战斗机飞行的反方向喷出对地速率为v1、质量为m的燃气，则喷气后导弹相对地面的速率v为(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　以导弹飞行的方向为正方向，导弹被战斗机释放后喷出燃气瞬间，根据动量守恒定律得Mv0＝(M－m)v－mv1，解得v＝，故选D。 7.一门旧式大炮如图所示，炮车和炮弹的质量分别为M和m，炮筒与水平地面的夹角为α，炮弹发射瞬间相对于地面的速度为v0。不计炮车与地面的摩擦，则炮车向后反冲的速度大小为(　　) A. B. C. D. 答案　A 解析　以炮弹和炮车组成的系统为研究对象，根据题意可知，炮弹离开炮口时，炮弹和炮车在水平方向上受到的外力相对于内力可忽略不计，则系统在水平方向上动量守恒。以炮车后退的方向为正方向，在水平方向上，由动量守恒定律有Mv－mv0cos α＝0，解得v＝，故选A。 8.某中学航天兴趣小组的同学将静置在水平地面上的质量为M(含水)的自制“水火箭”释放升空，在极短的时间内，质量为m的水以相对地面为v0的速度竖直向下喷出。已知重力加速度为g，空气阻力不计，下列说法正确的是(　　) A．“水火箭”的推力来源于“水火箭”外的空气对它的反作用力 B．水喷出的过程中，“水火箭”和水机械能守恒 C．“水火箭”获得的最大速度为v0 D．“水火箭”上升的最大高度为 答案　D 解析　“水火箭”的推力来源于“水火箭”里喷出的水对它的反作用力，故A错误；水喷出的过程中，瓶内气体做功，“水火箭”和水机械能不守恒，故B错误；设“水火箭”获得的最大速度为v，由动量守恒定律可得(M－m)v＝mv0，v＝，故C错误；水喷出后，“水火箭”做竖直上抛运动，由题意有v2＝2gh，h＝＝，故D正确。 9.如图所示，自行火炮车同炮弹的总质量为M，炮管水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮车的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　自行火炮车水平匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，系统动量守恒。设向右为正方向，发射前动量之和为Mv1，炮弹相对炮筒的发射速度为v0，则炮弹对地的速度为v0＋v2，发射后系统的动量之和为(M－m)v2＋m(v0＋v2)，由Mv1＝(M－m)v2＋m(v0＋v2)，解得v0＝，故选B。 10.2020年11月24日4时30分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。假设火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体喷出时的速度v＝1 000 m/s。设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次。求： (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度大小； (2)运动第1 s末，火箭的速度大小。 答案　(1)2.0 m/s　(2)13.5 m/s 解析　(1)第三次喷出气体后，共喷出的气体质量m1＝3×0.2 kg＝0.6 kg 以火箭初速度方向为正方向，根据动量守恒定律得(M－m1)v1－m1v＝0 解得v1≈2 m/s (2)1 s末发动机喷气20次，共喷出的气体质量为m2＝20×0.2 kg＝4 kg 根据动量守恒定律得 (M－m2)v′－m2v＝0 则得火箭1 s末的速度大小为v′≈13.5 m/s。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $