1.3.2反冲运动 学案(2020年沪科版高中物理选修3-5)
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1、课时课时 2 反冲运动反冲运动 学习目标 1.进一步理解动量守恒定律的含义,熟练掌握应用动量守恒定律解决问题的方 法和步骤.2.理解反冲运动的原理,会用动量守恒定律分析解决反冲运动问题.3.了解火箭的工 作原理 一、反冲运动 导学探究 在生活中常见到这样的情形:吹饱的气球松手后喷出气体,同时向相反方向飞 去;点燃药捻的“钻天猴”会向后喷出亮丽的火焰,同时“嗖”的一声飞向天空;乌贼向后 喷出水后,它的身体却能向前运动,结合这些事例,体会反冲运动的概念,并思考以下问题: (1)反冲运动的物体受力有什么特点? (2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化? 答案 (1)物体的不同部分受相反的作用
2、力,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情况下远大于外力,可认为系统的动量守恒;反冲运动 中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的机械能增加 知识梳理 1定义:物体系统的一部分向某方向运动,而其余部分向相反方向运动的现象叫做反冲 2反冲运动的特点 (1)系统不受外力或所受合外力为零 (2)内力远大于外力 (3)某一方向上不受外力或所受合外力为零 3反冲运动遵循的规律:动量守恒定律 4反冲现象的应用及防止: (1)应用:农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时,一边喷水一边旋转 (2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的准确性,所以用枪射击时要把枪身
3、抵在 肩部,以减少反冲的影响 即学即用 判断下列说法的正误 (1)反冲运动可以用动量守恒定律来处理( ) (2)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理( ) (3)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( ) (4)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( ) 二、火箭 导学探究 1火箭飞行的工作原理是什么? 答案 火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理 2设火箭发射前的总质量是 M,燃料燃尽后的质量为 m,火箭燃气的喷射速度为 v,试求燃 料燃尽后火箭飞行的最大速度 v. 答案 在火箭发射过程中,由于内力远大于外力,所以可认为动量守恒取火箭的速度方向 为正方
4、向,发射前火箭的总动量为 0,发射后的总动量为 mv(Mm)v 则由动量守恒定律得 0mv(Mm)v 所以 vMm m v M m1 v 知识梳理 1工作原理:利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出,使 火箭获得巨大的向前的速度 2影响火箭获得速度大小的两个因素: (1)喷气速度:现代火箭的喷气速度为 2 0004 000 m/s. (2)质量比: 火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 喷气速度越大, 质量比越大, 火箭获得的速度越大 3现代火箭的主要用途:利用火箭作为运载工具,如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人 造卫星和宇宙飞船等 即学即用 判断下列说法的
5、正误 (1)火箭点火后离开地面加速向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果( ) (2)在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行( ) 三、“人船模型”探究 导学探究 如图 1 甲所示,人在漂浮于水面的小船上行走,小船同时向相反的方向运动, 其简化运动如图乙所示(不考虑船受到水的阻力) 图 1 (1)人的速度和船的速度有什么关系? (2)人和船的位移有什么关系? 答案 (1)原来静止的“人”和“船”发生相互作用时,所受外力的矢量和为零,则动量守 恒在相互作用的过程中,由 mv1Mv20 知任一时刻“人”和“船”的速度大小之比等于 质量的反比整个过程中“人”走“船”行,“人”停“船”停 (2)因
6、为任意时刻 mv1Mv2,所以 ms1Ms2,即人和船的位移与质量成反比 知识梳理 “人船模型”的特点和遵循的规律 1满足动量守恒定律:m1v1m2v20,也有 m1s1m2s20. 2运动特点:人动船动,人静船静,人快船快,人慢船慢,人左船右;人、船的速度(平均 速度或瞬时速度)与它们的质量成反比;人、船位移与它们的质量成反比,即v1 v2 s1 s2 m2 m1. 3应用上述关系时要注意一个问题:公式中 v 和 s 一般都是相对地面而言的 即学即用 分析下面的情景,判断下列说法的正误 一人从停泊在码头边的船上往岸上跳,若该船的缆绳并没拴在码头上,则: (1)船质量越小,人越难跳上岸( )
7、(2)船质量越大,人越难跳上岸( ) (3)人跳跃相对船的速度等于相对地的速度( ) 一、反冲运动的应用 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情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力,所 以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒 (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 2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 (2)速度的相对性:反冲问题中,有时遇到的速度是相互作用的两
8、物体的相对速度,但是动量 守恒定律中速度通常为对地的速度因此应先将相对速度转换成对地的速度,再列动量守恒 方程 例 1 反冲小车静止放在水平光滑的玻璃上,点燃酒精,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为M3 kg, 水平喷出的橡皮塞的质量为m0.1 kg.(水 蒸气质量忽略不计) (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度 v2.9 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 夹角,求小车的反冲速度(小车一 直在水平方向运动) 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
9、分运动方向相反 解析 (1)小车和橡皮塞组成的系统所受合外力为零,系统总动量为零以橡皮塞运动的方向 为正方向 根据动量守恒定律得,mv(Mm)v0 v m Mmv 0.1 30.12.9 m/s0.1 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反,反冲速度大小是 0.1 m/s. (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 (Mm)v0 vmvcos 60 Mm 0.12.90.5 30.1 m/s0.05 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,反冲速度大小是 0.05 m/s. 针对训练 1 “爆竹声
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