高中物理第十六章动量守恒定律第5节反冲运动火箭学案新人教版选修3_5.doc

‎5　反冲运动　火箭 课堂合作探究 问题导学 一、反冲运动 活动与探究1‎ 你知道章鱼是怎样游泳的吗？它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将其喷出，从而使身体很快地运动。章鱼能够调整自己身体喷水口的方向，这样使得身体能够在任意方向上前进。你认为章鱼的游泳是利用了什么原理？‎ 章鱼 迁移与应用1‎ 如图所示，质量为M的炮车静止在水平面上，炮筒与水平方向夹角为θ，当炮车发射一枚质量为m、对地速度为v0的炮弹后，炮车的反冲速度为________。‎ ‎1．反冲运动的基本原理是动量守恒定律，当系统所受外力之和为零或者外力远小于内力时，系统的总动量守恒。如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统剩余的部分就会在这一方向的相反方向上获得同样大小的动量，即0＝m1v1′＋m2v2′。‎ ‎2．速度的相对性：反冲运动问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度，由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度，一般是对地速度。因此应先将相对速度转换为对地速度后，再应用动量守恒定律列方程求解。‎ 二、反冲运动的应用——火箭 活动与探究2‎ 中国“长征”系列火箭 3‎ 我国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。‎1964年6月29日，我国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后，即着手研制多级火箭，向空间技术进军。经过了五年的艰苦努力，‎1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生，首次发射“东方红1号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。现在，“长征”系列火箭已经走向世界，享誉全球，在国际发射市场占有重要一席。‎ 在后继发展中，‎5米直径火箭2006年正式立项获得了“长征五号”的编号，预定2014年首次发射。虽然“长征五号”尚未发射，但它的研制成功将我国运载火箭技术水平提高一个档次，同时“长征五号”的运载能力也有成倍的提高。“长征五号”研制成功后，中国运载火箭综合性能指标将比肩美欧等航天强国。‎ 在火箭发射卫星（或飞船）的过程中哪些阶段用到了反冲原理？‎ 迁移与应用2‎ 火箭喷气发动机每次喷出m＝‎200 g的气体，喷出气体相对于地面的速度为v0＝1 ‎000 m/s，设原来静止的火箭的初始质量M＝‎300 kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭1 s末的速度是多大？‎ ‎1．火箭是典型的反冲运动的应用，解决此类问题时从动量守恒定律入手，分清喷气前和喷气后的速度及质量即可。‎ ‎2．反冲运动有利有弊，有利的一方面我们可以应用，比如，反击式水轮机、喷气式飞机、火箭、农田喷灌、宇航员在太空行走等；反冲运动不利的地方要尽力去消除，比如，枪、炮在射击时产生的反冲运动对射击的准确性有影响等。‎ ‎3．在反冲运动中常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减少，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。‎ 当堂检测 ‎1．下列属于反冲运动的是（　　）‎ A．喷气式飞机的运动　　　　B．直升机的运动 C．火箭的运动 D．反击式水轮机的运动 ‎2．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4（图中未全画出）。要使小车向前运动，可采用的方法是（　　）‎ A．打开阀门S1 B．打开阀门S2‎ C．打开阀门S3 D．打开阀门S4‎ ‎3．假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是（　　）‎ A．向后踢腿 B．手臂向后甩 C．在冰面上滚动 D．脱下外衣水平抛出 ‎4．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 ‎5．气球质量为‎200 kg，载有质量为‎50 kg的人，静止在空气中距地面‎20 m高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则这绳长至少应为多长？（不计人的高度）‎ 3‎ 答案：‎ 课堂·合作探究 ‎【问题导学】‎ 活动与探究1：答案：章鱼的游泳是利用了反冲运动的原理。‎ 迁移与应用1：答案：－ 解析：在炮弹发射过程中，炮车所受阻力远小于内力，故系统在水平方向动量守恒。‎ 设炮车速度为v，则由水平方向动量守恒可得0＝Mv＋mv0cos θ，解得v＝－，负号说明炮车是后退的。‎ 活动与探究2：答案：在火箭将卫星（或飞船）送入太空，以及变轨和姿态调整过程中均利用了反冲原理。‎ 迁移与应用2：答案：‎13.5 m/s 解析：选火箭和1 s内喷出的气体为研究对象，设火箭1 s末的速度为v,1 s内共喷出的气体的质量为‎20m，选火箭前进的方向为正方向，由动量守恒定律有 ‎（M－‎20m）v－20mv0＝0，解得：v＝＝ m/s≈‎13.5 m/s 故火箭1 s末的速度约为‎13.5 m/s。‎ ‎【当堂检测】‎ ‎1．ACD　解析：反冲现象是一个物体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动，故直升机不是反冲现象。‎ ‎2．B　解析：反冲运动中，系统的两部分运动方向相反，要使小车向前运动，水应向后喷出，故选项B正确。‎ ‎3．D　解析：踢腿、甩手对整个身体系统来讲是内力，内力不改变系统整体的运动状态。‎ ‎4．B　解析：火箭工作的原理是利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得反冲速度，故选B项。‎ ‎5．答案：‎‎25 m 解析：下滑过程人和气球组成的系统总动量为零且守恒，以向下为正方向，设m1、m2分别为人和气球的质量，v1、v2分别为人和气球的平均速度大小，则m1v1－m2v2＝0，m1x1－m2x2＝0，‎ x1＝‎20 m，x2＝＝‎5 m，‎ 绳长至少为l＝x1＋x2＝‎25 m。‎ 3‎