人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：1 6 反沖現(xiàn)象 火箭

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE31.6反沖現(xiàn)象火箭〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解反沖現(xiàn)象的動(dòng)量守恒2.明確反沖現(xiàn)象問(wèn)題的處理方法，鞏固前面所學(xué)知識(shí)3.了解反沖現(xiàn)象在航天航空中的應(yīng)用〖知識(shí)導(dǎo)圖〗〖課前預(yù)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)1反沖現(xiàn)象1．定義一個(gè)靜止的物體在的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2．特點(diǎn)(1)物體的不同部分在作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。(2)反向運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，通?？梢杂脕?lái)處理。3．反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時(shí)，一邊噴水一邊。(2)防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在，以減少反沖的影響。知識(shí)點(diǎn)2火箭1．火箭現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得向前推進(jìn)的飛行器。2．火箭的工作原理當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時(shí)，從尾部噴出的氣體具有很大的，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的，因而發(fā)生連續(xù)的現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時(shí)，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。3．影響火箭速度大小的因素(1)噴氣速度：現(xiàn)代火箭的噴氣速度約為2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技術(shù)水平。(2)質(zhì)量比：火箭時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過(guò)10。4．現(xiàn)代火箭的主要用途利用火箭作為工具，例如發(fā)射探測(cè)儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等?；A(chǔ)小題自測(cè)1．判斷(1)反沖現(xiàn)象中動(dòng)量守恒。()(2)農(nóng)田、園林的噴灌裝置的原理是反沖現(xiàn)象。()(3)反沖現(xiàn)象實(shí)際上是相互作用物體之間的一對(duì)平衡力產(chǎn)生的效果。()(4)現(xiàn)代火箭是利用火箭和空氣間的作用力而升空的。()(5)用多級(jí)火箭發(fā)射衛(wèi)星可以獲得所需的速度。()2.將靜置在地面上、質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空，火箭在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過(guò)程重力和空氣阻力的影響，則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是()A．eq\f(m,M)v0B．eq\f(M,m)v0C．eq\f(M,M－m)v0D．eq\f(m,M－m)v03.兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時(shí)間將到，她們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時(shí)，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)從未低于2m，跳到岸上絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題。于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖)。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？(假設(shè)起跳時(shí)船已靜止)〖課內(nèi)探究〗探究一對(duì)反沖現(xiàn)象的理解思考討論1假如在月球上建一飛機(jī)場(chǎng)，應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢？〖?xì)w納總結(jié)〗1．反沖現(xiàn)象的三個(gè)特點(diǎn)：(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。(2)反沖現(xiàn)象中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以可以用動(dòng)量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理。(3)反沖現(xiàn)象中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。2．分析反沖現(xiàn)象應(yīng)注意的問(wèn)題(1)速度的反向性問(wèn)題對(duì)于原來(lái)靜止的整體，拋出部分具有速度時(shí)，剩余部分的反沖是相對(duì)于拋出部分來(lái)說(shuō)的，兩者運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值。(2)相對(duì)速度問(wèn)題反沖現(xiàn)象的問(wèn)題中，有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度。由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度，通常為對(duì)地的速度。因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后，再列動(dòng)量守恒定律方程。(3)變質(zhì)量問(wèn)題在反沖現(xiàn)象中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)，如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象，取相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究?！嫉淅饰觥降淅?一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為M＝100kg的宇航員，在距離飛船s＝45m處與飛船處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，他準(zhǔn)備對(duì)太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修，宇航員背著裝有質(zhì)量為m0＝0.5kg的氧氣貯氣筒，筒內(nèi)有一個(gè)可以使氧氣以v＝50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后，必須向著返回飛船方向的反方向釋放氧氣，才能回到飛船，同時(shí)又必須保留一部分氧氣供途中宇航員呼吸之用，宇航員的耗氧率為Q＝2.5×10－4kg/s(1)噴出多少氧氣，宇航員才能安全返回飛船？(2)為了使總耗氧量最低，應(yīng)該一次噴出多少氧氣？返回時(shí)間是多少？跟蹤訓(xùn)練1假定冰面是光滑的，某人站在冰凍河面的中央，他想到達(dá)岸邊，則可行的辦法是()A．步行B．揮動(dòng)雙臂C．在冰面上滾動(dòng)D．脫去外衣拋向岸的反方向探究二火箭的工作原理思考討論2我國(guó)宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲)，火箭上扎一個(gè)火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點(diǎn)燃后火箭由于反沖向前運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同(如圖乙)，你知道我國(guó)“長(zhǎng)征”號(hào)系列火箭是怎樣先后將“神舟”號(hào)系列載人飛船送上太空的嗎？〖?xì)w納總結(jié)〗1．工作原理火箭是利用了反沖原理，發(fā)射火箭時(shí)，尾管中噴射出的高速氣體有動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，火箭就獲得向上的動(dòng)量，從而向上飛去。即mΔv＋Δmu＝0解得Δv＝－eq\f(Δm,m)u2．分析火箭類(lèi)問(wèn)題應(yīng)注意的幾點(diǎn)(1)火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是不是同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地速度。(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。反沖物體速度的方向與原物體的運(yùn)動(dòng)方向是相反的?！嫉淅饰觥降淅?一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v＝1000m/s，設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。(1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？(2)運(yùn)動(dòng)第1s末，火箭的速度多大？跟蹤訓(xùn)練2一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)入太空預(yù)定位置，由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分離后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行，若忽略空氣阻力與分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化，則分離后衛(wèi)星的速率v1為()A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2D．v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)〖素養(yǎng)提升〗人船模型1．“人船模型”問(wèn)題的特征兩個(gè)原來(lái)靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒。在相互作用的過(guò)程中，任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。這樣的問(wèn)題歸為“人船模型”問(wèn)題。2．處理“人船模型”問(wèn)題的關(guān)鍵(1)利用動(dòng)量守恒，確定兩物體速度關(guān)系，再確定兩物體通過(guò)的位移的關(guān)系。由于動(dòng)量守恒，所以任一時(shí)刻系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，動(dòng)量守恒式可寫(xiě)成m1v1＝m2v2的形式(v1、v2為兩物體的瞬時(shí)速率)，表明任意時(shí)刻的瞬時(shí)速率都與各物體的質(zhì)量成反比。所以全過(guò)程的平均速度也與質(zhì)量成反比。進(jìn)而可得兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。(2)解題時(shí)要畫(huà)出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長(zhǎng)度間的關(guān)系。(3)適用條件“人船模型”是利用平均動(dòng)量守恒求解的一類(lèi)問(wèn)題。適用條件是：①系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。②在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中至少有一個(gè)方向的動(dòng)量守恒，注意兩物體的位移是相對(duì)同一參考系的位移。案例如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m的人(可視為質(zhì)點(diǎn))站在船的左端，在人從船頭走到船尾的過(guò)程中，船與人相對(duì)地的位移大小分別為多少？(忽略水對(duì)船的阻力)〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．“爆竹聲中一歲除，春風(fēng)送暖入屠蘇”，爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志，是喜慶心情的流露。有一個(gè)質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v0、方向水平向東，在最高點(diǎn)爆炸成質(zhì)量不等的兩塊，其中一塊質(zhì)量為2m，速度大小為v，方向水平向東，則另一塊的速度是(A．3v0－vB．2v0－3vC．3v0－2vD．2v0＋v2．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m1＝50kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下面有一根長(zhǎng)繩。氣球和長(zhǎng)繩的總質(zhì)量為m2＝20kg，長(zhǎng)繩的下端剛好和水平面接觸。當(dāng)靜止時(shí)人離地面的高度為h＝5m。如果這個(gè)人開(kāi)始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時(shí)，他離地面高度是(可以把人看作質(zhì)點(diǎn))()A．5mB．3.6mC．2.6mD3．某學(xué)習(xí)小組在探究反沖現(xiàn)象時(shí)，將質(zhì)量為m1的一個(gè)小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動(dòng)力?，F(xiàn)在整個(gè)裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開(kāi)瓶后向外噴射氣體的對(duì)地速度為v1，如果在Δt的時(shí)間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁課前預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)11．內(nèi)力相反2.（1）內(nèi)力（2）動(dòng)量守恒定律3.（1）旋轉(zhuǎn)（2）準(zhǔn)確性肩部知識(shí)點(diǎn)21.反作用力2.動(dòng)量動(dòng)量反沖3.（1）液體燃料（2）開(kāi)始飛行箭體4.運(yùn)載_基礎(chǔ)小題自測(cè)1.〖答案〗（1）√；（2）√；（3）×；（4）×；（5）√2.〖答案〗D〖解析〗根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有：mv0＝(M－m)v，解得v＝eq\f(m,M－m)v0。故選項(xiàng)D正確。3.〖答案〗若立定跳遠(yuǎn)時(shí)，人離地時(shí)速度為v，如果從船上起跳時(shí)，人離船時(shí)速度為v′，船的反沖速度為v′船，由能量關(guān)系E＝eq\f(1,2)mv2，E＝eq\f(1,2)mv′2＋eq\f(1,2)Mv′eq\o\al(2,船)所以v′<v，人跳出的距離變小，所以人掉到了水里。正是由于船的反沖導(dǎo)致了此結(jié)果。課內(nèi)探究思考討論1〖答案〗〖提*示〗：因?yàn)樵虑蛏蠜](méi)有空氣，所以螺旋槳飛機(jī)無(wú)法起飛，只能配置噴氣式飛機(jī)。典例1〖答案〗(1)0.05kg～0.45kg(2)0.15kg；600s〖解析〗(1)以飛船為參考物，設(shè)沿著飛船運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较颍⒃O(shè)噴出質(zhì)量為m(kg)氧氣時(shí)宇航員獲得的速度是v′，對(duì)于“宇航員和噴出的氧氣”這一系統(tǒng)而言，在噴氣方向上由動(dòng)量守恒可得：(M－m)v′－mv＝0，考慮M?m，有v′＝mv/M ①宇航員返回時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，歷時(shí)t＝s/v′ ②又筒內(nèi)氧氣的總質(zhì)量滿(mǎn)足關(guān)系為m0＝Qt＋m ③聯(lián)立①②③三式得：m0＝Qs·eq\f(M,mv)＋m代入數(shù)據(jù)得：m1＝0.05kg，m2＝0.45kg，即宇航員噴出0.05kg或0.45kg的氧氣時(shí)，返回去剛好把剩余的氧氣呼吸完，假如噴出的氧氣介于m1和m2之間，則返回后還有剩余的氧氣，故本問(wèn)題的〖答案〗是：噴出的氧氣介于0.05kg～0.45kg之間，即可安全返回。(2)為了使耗氧量最低，設(shè)噴出m(kg)氧氣，則耗氧為：Δm＝Qt＋m ④結(jié)合上面①②兩式就有：Δm＝eq\f(QsM,mv)＋m＝eq\f(2.25×10－2,m)＋m當(dāng)m＝eq\f(2.25×10－2,m)時(shí)，Δm有極小值，即m＝eq\r(2.25×10－2)kg＝0.15kg，耗氧量最低，此時(shí)返回的時(shí)間為t＝eq\f(s,v′)＝eq\f(sM,mv)＝600s。跟蹤訓(xùn)練1〖答案〗D〖解析〗由于冰面光滑，無(wú)法行走或滾動(dòng)，由動(dòng)量守恒定律可知，只有拋出物體獲得反沖速度才能到達(dá)岸邊。思考討論2〖答案〗〖提*示〗：火箭靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力，將“神舟”系列飛船送入太空。典例2〖答案〗2m/s；13.5m/s〖解析〗方法一：噴出氣體運(yùn)動(dòng)方向與火箭運(yùn)動(dòng)方向相反，系統(tǒng)動(dòng)量守恒。(M－m)v1－mv＝0所以v1＝eq\f(mv,M－m)。第二次氣體噴出后，火箭速度為v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v所以v2＝eq\f(2mv,M－2m)第三次氣體噴出后，火箭速度為v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)所以v3＝eq\f(3mv,M－3m)＝eq\f(3×0.2×1000,300－3×0.2)m/s＝2m/s。依次類(lèi)推,第n次氣體噴出后,火箭速度為vn，有(M－nm)vn－mv＝〖M－(n－1)m〗vn－1所以vn＝eq\f(nmv,M－nm)因?yàn)槊棵雵姎?0次，所以1s末火箭速度為v20＝eq\f(20mv,M－20m)＝eq\f(20×0.2×1000,300－20×0.2)m/s＝13.5m/s方法二：整體選取研究對(duì)象，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解(1)設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3，以火箭和噴出的三次氣體為研究對(duì)象，據(jù)動(dòng)量守恒定律得：(M－3m)v3－3mv＝所以v3＝eq\f(3mv,M－3m)＝2m/s(2)以火箭和噴出的20次氣體為研究對(duì)象：(M－20m)v20－20mv＝所以v20＝eq\f(20mv,M－20m)＝13.5m/s跟蹤訓(xùn)練2〖答案〗D〖解析〗根據(jù)動(dòng)量守恒定律，得(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2，即v1＝v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)，選項(xiàng)D正確。素養(yǎng)提升〖答案〗eq\f(M,M＋m)L；eq\f(m,M＋m)L〖解析〗選人和船為一系統(tǒng)，由于系統(tǒng)在水平方向不受外力作用，所以系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，設(shè)某一時(shí)刻人的對(duì)地速度為v，船的速度大小為v′，選人的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得mv－Mv′＝0。在人與船相互作用的過(guò)程中，上式始終成立，不難想到，船的運(yùn)動(dòng)受人運(yùn)動(dòng)的制約，當(dāng)人加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，船亦加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)人勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，船亦勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)人停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，船也停止運(yùn)動(dòng)，設(shè)人從船頭到船尾的過(guò)程中，人的對(duì)地位移大小為x1，船的對(duì)地位移大小為x2，所以eq\f(x1,x2)＝eq\f(v,v′)，又從圖可見(jiàn)x1＋x2＝L，聯(lián)立三式可解得x1＝eq\f(M,M＋m)L，x2＝eq\f(m,M＋m)L。課堂達(dá)標(biāo)1.〖答案〗C〖解析〗在最高點(diǎn)水平方向動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律可知，3mv0＝2mv＋mv′，可得另一塊的速度為v′＝3v0－2v，故C正確。2.〖答案〗B〖解析〗當(dāng)人滑到繩下端時(shí)，如圖所示，由動(dòng)量守恒，得m1eq\f(h1,t)＝m2eq\f(h2,t)，且h1＋h2＝h。解得h1＝1.4m；所以他離地高度H＝h－h(huán)1＝3.6m，故選項(xiàng)B正確。3.〖答案〗eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm)〖解析〗由動(dòng)量守恒定律得：(m1＋m2－Δm)v船－Δmv1＝0得：v船＝eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm)。1.6反沖現(xiàn)象火箭〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解反沖現(xiàn)象的動(dòng)量守恒2.明確反沖現(xiàn)象問(wèn)題的處理方法，鞏固前面所學(xué)知識(shí)3.了解反沖現(xiàn)象在航天航空中的應(yīng)用〖知識(shí)導(dǎo)圖〗〖課前預(yù)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)1反沖現(xiàn)象1．定義一個(gè)靜止的物體在的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2．特點(diǎn)(1)物體的不同部分在作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。(2)反向運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，通常可以用來(lái)處理。3．反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖使水從噴口噴出時(shí)，一邊噴水一邊。(2)防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在，以減少反沖的影響。知識(shí)點(diǎn)2火箭1．火箭現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得向前推進(jìn)的飛行器。2．火箭的工作原理當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時(shí)，從尾部噴出的氣體具有很大的，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，火箭獲得大小相等、方向相反的，因而發(fā)生連續(xù)的現(xiàn)象，隨著推進(jìn)劑的消耗，火箭的質(zhì)量逐漸減小，加速度不斷增大，當(dāng)推進(jìn)劑燃盡時(shí)，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。3．影響火箭速度大小的因素(1)噴氣速度：現(xiàn)代火箭的噴氣速度約為2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技術(shù)水平。(2)質(zhì)量比：火箭時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的質(zhì)量之比，現(xiàn)代火箭能達(dá)到的質(zhì)量比不超過(guò)10。4．現(xiàn)代火箭的主要用途利用火箭作為工具，例如發(fā)射探測(cè)儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等?；A(chǔ)小題自測(cè)1．判斷(1)反沖現(xiàn)象中動(dòng)量守恒。()(2)農(nóng)田、園林的噴灌裝置的原理是反沖現(xiàn)象。()(3)反沖現(xiàn)象實(shí)際上是相互作用物體之間的一對(duì)平衡力產(chǎn)生的效果。()(4)現(xiàn)代火箭是利用火箭和空氣間的作用力而升空的。()(5)用多級(jí)火箭發(fā)射衛(wèi)星可以獲得所需的速度。()2.將靜置在地面上、質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空，火箭在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過(guò)程重力和空氣阻力的影響，則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是()A．eq\f(m,M)v0B．eq\f(M,m)v0C．eq\f(M,M－m)v0D．eq\f(m,M－m)v03.兩位同學(xué)在公園里劃船。租船時(shí)間將到，她們把小船劃向碼頭。當(dāng)小船離碼頭大約2m左右時(shí)，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績(jī)從未低于2m，跳到岸上絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題。于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖)。她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？(假設(shè)起跳時(shí)船已靜止)〖課內(nèi)探究〗探究一對(duì)反沖現(xiàn)象的理解思考討論1假如在月球上建一飛機(jī)場(chǎng)，應(yīng)配置噴氣式飛機(jī)還是螺旋槳飛機(jī)呢？〖?xì)w納總結(jié)〗1．反沖現(xiàn)象的三個(gè)特點(diǎn)：(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。(2)反沖現(xiàn)象中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以可以用動(dòng)量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來(lái)處理。(3)反沖現(xiàn)象中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。2．分析反沖現(xiàn)象應(yīng)注意的問(wèn)題(1)速度的反向性問(wèn)題對(duì)于原來(lái)靜止的整體，拋出部分具有速度時(shí)，剩余部分的反沖是相對(duì)于拋出部分來(lái)說(shuō)的，兩者運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍瑒t反方向的另一部分的速度應(yīng)取負(fù)值。(2)相對(duì)速度問(wèn)題反沖現(xiàn)象的問(wèn)題中，有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度。由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度，通常為對(duì)地的速度。因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后，再列動(dòng)量守恒定律方程。(3)變質(zhì)量問(wèn)題在反沖現(xiàn)象中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)，如在火箭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象，取相互作用的這個(gè)過(guò)程為研究過(guò)程來(lái)進(jìn)行研究。〖典例剖析〗典例1一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為M＝100kg的宇航員，在距離飛船s＝45m處與飛船處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，他準(zhǔn)備對(duì)太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修，宇航員背著裝有質(zhì)量為m0＝0.5kg的氧氣貯氣筒，筒內(nèi)有一個(gè)可以使氧氣以v＝50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后，必須向著返回飛船方向的反方向釋放氧氣，才能回到飛船，同時(shí)又必須保留一部分氧氣供途中宇航員呼吸之用，宇航員的耗氧率為Q＝2.5×10－4kg/s(1)噴出多少氧氣，宇航員才能安全返回飛船？(2)為了使總耗氧量最低，應(yīng)該一次噴出多少氧氣？返回時(shí)間是多少？跟蹤訓(xùn)練1假定冰面是光滑的，某人站在冰凍河面的中央，他想到達(dá)岸邊，則可行的辦法是()A．步行B．揮動(dòng)雙臂C．在冰面上滾動(dòng)D．脫去外衣拋向岸的反方向探究二火箭的工作原理思考討論2我國(guó)宋代就發(fā)明了火箭(如圖甲)，火箭上扎一個(gè)火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點(diǎn)燃后火箭由于反沖向前運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代火箭，原理與古代火箭相同(如圖乙)，你知道我國(guó)“長(zhǎng)征”號(hào)系列火箭是怎樣先后將“神舟”號(hào)系列載人飛船送上太空的嗎？〖?xì)w納總結(jié)〗1．工作原理火箭是利用了反沖原理，發(fā)射火箭時(shí)，尾管中噴射出的高速氣體有動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，火箭就獲得向上的動(dòng)量，從而向上飛去。即mΔv＋Δmu＝0解得Δv＝－eq\f(Δm,m)u2．分析火箭類(lèi)問(wèn)題應(yīng)注意的幾點(diǎn)(1)火箭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是不是同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地速度。(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。反沖物體速度的方向與原物體的運(yùn)動(dòng)方向是相反的?！嫉淅饰觥降淅?一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v＝1000m/s，設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。(1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？(2)運(yùn)動(dòng)第1s末，火箭的速度多大？跟蹤訓(xùn)練2一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)入太空預(yù)定位置，由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分離后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行，若忽略空氣阻力與分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化，則分離后衛(wèi)星的速率v1為()A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2D．v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)〖素養(yǎng)提升〗人船模型1．“人船模型”問(wèn)題的特征兩個(gè)原來(lái)靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí)，若所受外力的矢量和為零，則動(dòng)量守恒。在相互作用的過(guò)程中，任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。這樣的問(wèn)題歸為“人船模型”問(wèn)題。2．處理“人船模型”問(wèn)題的關(guān)鍵(1)利用動(dòng)量守恒，確定兩物體速度關(guān)系，再確定兩物體通過(guò)的位移的關(guān)系。由于動(dòng)量守恒，所以任一時(shí)刻系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，動(dòng)量守恒式可寫(xiě)成m1v1＝m2v2的形式(v1、v2為兩物體的瞬時(shí)速率)，表明任意時(shí)刻的瞬時(shí)速率都與各物體的質(zhì)量成反比。所以全過(guò)程的平均速度也與質(zhì)量成反比。進(jìn)而可得兩物體的位移大小與各物體的質(zhì)量成反比，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(m2,m1)。(2)解題時(shí)要畫(huà)出各物體的位移關(guān)系草圖，找出各長(zhǎng)度間的關(guān)系。(3)適用條件“人船模型”是利用平均動(dòng)量守恒求解的一類(lèi)問(wèn)題。適用條件是：①系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且相互作用前靜止，系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。②在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中至少有一個(gè)方向的動(dòng)量守恒，注意兩物體的位移是相對(duì)同一參考系的位移。案例如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m的人(可視為質(zhì)點(diǎn))站在船的左端，在人從船頭走到船尾的過(guò)程中，船與人相對(duì)地的位移大小分別為多少？(忽略水對(duì)船的阻力)〖課堂達(dá)標(biāo)〗1．“爆竹聲中一歲除，春風(fēng)送暖入屠蘇”，爆竹聲響是辭舊迎新的標(biāo)志，是喜慶心情的流露。有一個(gè)質(zhì)量為3m的爆竹斜向上拋出，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v0、方向水平向東，在最高點(diǎn)爆炸成質(zhì)量不等的兩塊，其中一塊質(zhì)量為2m，速度大小為v，方向水平向東，則另一塊的速度是(A．3v0－vB．2v0－3vC．3v0－2vD．2v0＋v2．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m1＝50kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下面有一根長(zhǎng)繩。氣球和長(zhǎng)繩的總質(zhì)量為m2＝20kg，長(zhǎng)繩的下端剛好和水平面接觸。當(dāng)靜止時(shí)人離地面的高度為h＝5m。如果這個(gè)人開(kāi)始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時(shí)，他離地面高度是(可以把人看作質(zhì)點(diǎn))()A．5mB．3.6mC．2.6mD3．某學(xué)習(xí)小組在探究反沖現(xiàn)象時(shí)，將質(zhì)量為m1的一個(gè)小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動(dòng)力?，F(xiàn)在整個(gè)裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開(kāi)瓶后向外噴射氣體的對(duì)地速度為v1，如果在Δt的時(shí)間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁課前預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)11．內(nèi)力相反2.（1）內(nèi)力（2）動(dòng)量守恒定律3.（1）旋轉(zhuǎn)（2）準(zhǔn)確性肩部知識(shí)點(diǎn)21.反作用力2.動(dòng)量動(dòng)量反沖3.（1）液體燃料（2）開(kāi)始飛行箭體4.運(yùn)載_基礎(chǔ)小題自測(cè)1.〖答案〗（1）√；（2）√；（3）×；（4）×；（5）√2.〖答案〗D〖解析〗根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有：mv0＝(M－m)v，解得v＝eq\f(m,M－m)v0。故選項(xiàng)D正確。3.〖答案〗若立定跳遠(yuǎn)時(shí)，人離地時(shí)速度為v，如果從船上起跳時(shí)，人離船時(shí)速度為v′，船的反沖速度為v′船，由能量關(guān)系E＝eq\f(1,2)mv2，E＝eq\f(1,2)mv′2＋eq\f(1,2)Mv′eq\o\al(2,船)所以v′<v，人跳出的距離變小，所以人掉到了水里。正是由于船的反沖導(dǎo)致了此結(jié)果。課內(nèi)探究思考討論1〖答案〗〖提*示〗：因?yàn)樵虑蛏蠜](méi)有空氣，所以螺旋槳飛機(jī)無(wú)法起飛，只能配置噴氣式飛機(jī)。典例1〖答案〗(1)0.05kg～0.45kg(2)0.15kg；600s〖解析〗(1)以飛船為參考物，設(shè)沿著飛船運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较颍⒃O(shè)噴出質(zhì)量為m(kg)氧氣時(shí)宇航員獲得的速度是v′，對(duì)于“宇航員和噴出的氧氣”這一系統(tǒng)而言，在噴氣方向上由動(dòng)量守恒可得：(M－m)v′－mv＝0，考慮M?m，有v′＝mv/M ①宇航員返回時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)，歷時(shí)t＝s/v′ ②又筒內(nèi)氧氣的總質(zhì)量滿(mǎn)足關(guān)系為m0＝Qt＋m ③聯(lián)立①②③三式得：m0＝Qs·eq\f(M,mv)＋m代入數(shù)據(jù)得：m1＝0.05kg，m2＝0.45kg，即宇航員噴出0.05kg或0.45kg的氧氣時(shí)，返回去剛好把剩余的氧氣呼吸完，假如噴出的氧氣介于m1和m2之間，則返回后還有剩余的氧氣，故本問(wèn)題的〖答案〗是：噴出的氧氣介于0.05kg～0.45kg之間，即可安全返回。(2)為了使耗氧量最低，設(shè)噴出m(kg)氧氣，則耗氧為：Δm＝Qt＋m ④結(jié)合上面①②兩式就有：Δm＝eq\f(QsM,mv)＋m＝eq\f(2.25×10－2,m)＋m當(dāng)m＝eq\f(2.25×10－2,m)時(shí)，Δm有極小值，即m＝eq\r(2.25×10－2)kg＝0.15kg，耗氧量最低，此時(shí)返回的時(shí)間為t＝eq\f(s,v′)＝eq\f(sM,mv)＝600s。跟蹤訓(xùn)練1〖答案〗D〖解析〗由于冰面光滑，無(wú)法行走或滾動(dòng)，由動(dòng)量守恒定律可知，只有拋出物體獲得反沖速度才能到達(dá)岸邊。思考討論2〖答案〗〖提*示〗：火箭靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反