2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册1.6反冲现象火箭 学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册1.6反冲现象火箭 学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 3.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-07 10:59:50 | ||
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文档简介
反冲现象 火箭
【学习目标】
1.观察反冲现象，总结反冲运动的特点；
2.刨根问底，找到反冲现象形成的原因；
3.能利用动量守恒定律，计算各种反冲运动的相关物理量；
4.知道火箭的工作原理和主要用途,了解我国航天事业的发展。
【复习旧知】
动量守恒定律： 。
表达式： 。
条件： 。
利用动量守恒定律解决问题的技巧：
四个选择：选择 ；选择 ；选择 ；选择 。
一个判断： 。
四个确定：确定 ；确定 ；确定 ；确定 。
两个关系： ； 。
【新课探究1】认识反冲现象
反冲现象：一个整体在内力作用下分为两部分，一部分的动量增加，另一部分动量 或者 ，这种现象叫做反冲现象。
【新课探究2】火箭的速度
[例1]:火箭静止在发射台上，其初始质量为M,在极短时间Δt内喷射大量的燃气，喷出的燃气速度为，喷出燃气后火箭的质量是m，则火箭在Δt时间内获得的速度是？
[针对训练1]（2017年全国Ⅰ卷）将质量为1.00kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（ ）
A．30kg m/s B．5.7×102kg m/s
C．6.0×102kg m/s D．6.3×102kg m/s
【探究3】反冲运动的处理方法
[例2]如图所示，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)
(1)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；
(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)
[针对训练2]一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以 50 m/s 的速度喷出气体。航天员为了能在 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
【课后作业】
1. 下列有关实际中的一些现象。说法不正确的是( )
A. 火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度
B. 体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C. 用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响
D. 为了减轻撞车时对车上人员的伤害，发动机舱越坚固越好
2. 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
3． 质量M=327kg的小型火箭（含燃料）由静止发射，发射时共喷出质量m=27kg的气体，设喷出的气体相对地面的速度均为v=1000m/s，忽略地球引力和空气阻力的影响，则气体全部喷出后，火箭的速度大小为（ ）
A．76m/s B．90m/s
C．94m/s D．99m/s
4.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，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲的速度大小为________．
5. 炮车质量为M，炮弹质量为m，炮筒为水平方向，若炮弹离开炮口时对地速度为v，求炮车后退速度。（已知地面对炮车的摩擦力远小于炮筒中气体产生的推力）
6． 将总质量为1.05 kg的模型火箭点火升空，在0.02 s时间内有50 g燃气以大小为200 m/s的速度从火箭尾部喷出。燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略。则：
（1）在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小；
（2）在燃气喷出过程，火箭获得的平均推力大小。
7． 一架喷气式飞机（图）飞行的速度是，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
8. 一质量为M的航天器远离太阳和行星，正以速度υ0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出质量为m的气体，气体向后喷出的速度大小为υ１，求： 加速后航天器的速度大小（υ０、υ１均为相对同一参考系的速度）。
【参考答案】
【复习旧知】
动量守恒定律：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零， 这 个系统的总动量保持不变。 。
表达式： 。
条件：Ⅰ：系统不受外力；Ⅱ：系统所受外力的矢量和为零；Ⅲ：内力远大于外力；Ⅳ：单方向上合力为零。 。
利用动量守恒定律解决问题的技巧：
四个选择：选择 系统 ；选择 参考系 ；选择 正方向 ；选择 研究过程 。
一个判断： 判断系统动量是否守恒 。
四个确定：确定 物体1的初动量 ；确定 确定物体2的初动量 ；确定 物体1的末动量 ；确定 确定物体2的末动量 。
两个关系： 动量关系 ； 能量关系 。
[例1]:火箭静止在发射台上，其初始质量为M,在极短时间Δt内喷射大量的燃气，喷出的燃气速度为，喷出燃气后火箭的质量是m，则火箭在Δt时间内获得的速度是？
【解析】：根据动量守恒定律可得：截得：。火箭获得的速度与燃气的速度方向相反。提高火箭速度的办法：提高燃气喷射速度，提高燃气与火箭的质量的比值。
[针对训练1]（2017年全国Ⅰ卷）将质量为1.00kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（ ）
A．30kg m/s B．5.7×102kg m/s
C．6.0×102kg m/s D．6.3×102kg m/s
【解析】：开始总动量为零，规定气体喷出的方向为正方向，根据动量守恒定律得，，解得火箭的动量=﹣0.05×600kg m/s=﹣30kg m/s，负号表示方向，故A正确，B、C、D错误。故选：A。
[例2]如图所示，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)
(1)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；
(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)
【解析】：答案 (1)0.1 m/s，方向与橡皮塞水平运动方向相反
(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞水平分运动的方向相反
解析 (1)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，mv＋(M－m)v′＝0
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.
(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°＋(M－m)v″＝0
v″＝－＝－ m/s＝－0.05 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2]一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以 50 m/s 的速度喷出气体。航天员为了能在 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
【解析】：航天员需要的速度：；根据动量守恒定律得：。解得：。
【课后作业】
1. 下列有关实际中的一些现象。说法不正确的是( A )
A. 火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度
B. 体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C. 用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响
D. 为了减轻撞车时对车上人员的伤害，发动机舱越坚固越好
2. 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( B )
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
3． 质量M=327kg的小型火箭（含燃料）由静止发射，发射时共喷出质量m=27kg的气体，设喷出的气体相对地面的速度均为v=1000m/s，忽略地球引力和空气阻力的影响，则气体全部喷出后，火箭的速度大小为（ B ）
A．76m/s B．90m/s
C．94m/s D．99m/s
4.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，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲的速度大小为________．
炮车质量为M，炮弹质量为m，炮筒为水平方向，若炮弹离开炮口时对地速度为v，求炮车后退速度。（已知地面对炮车的摩擦力远小于炮筒中气体产生的推力）
【解析】：水平动量守恒，根据动量守恒定律可得：
6． 将总质量为1.05 kg的模型火箭点火升空，在0.02 s时间内有50 g燃气以大小为200 m/s的速度从火箭尾部喷出。燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略。则：
（1）在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小；
（2）在燃气喷出过程，火箭获得的平均推力大小。
【解析】：（1）根据动量守恒定律可得：可得：。
（2）根据动量定理得：=500N。
7． 一架喷气式飞机（图）飞行的速度是，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
【解析】火箭的速度还会继续增加。因为燃气的动量减小，系统的动量守恒，所以火箭的动量增加。
8. 一质量为M的航天器远离太阳和行星，正以速度υ0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出质量为m的气体，气体向后喷出的速度大小为υ１，求： 加速后航天器的速度大小（υ０、υ１均为相对同一参考系的速度）。
【解析】：以太阳为参考系。根据动量守恒定律得：。可得：。
【学习目标】
1.观察反冲现象，总结反冲运动的特点；
2.刨根问底，找到反冲现象形成的原因；
3.能利用动量守恒定律，计算各种反冲运动的相关物理量；
4.知道火箭的工作原理和主要用途,了解我国航天事业的发展。
【复习旧知】
动量守恒定律： 。
表达式： 。
条件： 。
利用动量守恒定律解决问题的技巧：
四个选择：选择 ；选择 ；选择 ；选择 。
一个判断： 。
四个确定：确定 ；确定 ；确定 ；确定 。
两个关系： ； 。
【新课探究1】认识反冲现象
反冲现象：一个整体在内力作用下分为两部分，一部分的动量增加，另一部分动量 或者 ，这种现象叫做反冲现象。
【新课探究2】火箭的速度
[例1]:火箭静止在发射台上，其初始质量为M,在极短时间Δt内喷射大量的燃气，喷出的燃气速度为，喷出燃气后火箭的质量是m，则火箭在Δt时间内获得的速度是？
[针对训练1]（2017年全国Ⅰ卷）将质量为1.00kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（ ）
A．30kg m/s B．5.7×102kg m/s
C．6.0×102kg m/s D．6.3×102kg m/s
【探究3】反冲运动的处理方法
[例2]如图所示，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)
(1)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；
(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)
[针对训练2]一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以 50 m/s 的速度喷出气体。航天员为了能在 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
【课后作业】
1. 下列有关实际中的一些现象。说法不正确的是( )
A. 火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度
B. 体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C. 用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响
D. 为了减轻撞车时对车上人员的伤害，发动机舱越坚固越好
2. 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
3． 质量M=327kg的小型火箭（含燃料）由静止发射，发射时共喷出质量m=27kg的气体，设喷出的气体相对地面的速度均为v=1000m/s，忽略地球引力和空气阻力的影响，则气体全部喷出后，火箭的速度大小为（ ）
A．76m/s B．90m/s
C．94m/s D．99m/s
4.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，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲的速度大小为________．
5. 炮车质量为M，炮弹质量为m，炮筒为水平方向，若炮弹离开炮口时对地速度为v，求炮车后退速度。（已知地面对炮车的摩擦力远小于炮筒中气体产生的推力）
6． 将总质量为1.05 kg的模型火箭点火升空，在0.02 s时间内有50 g燃气以大小为200 m/s的速度从火箭尾部喷出。燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略。则：
（1）在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小；
（2）在燃气喷出过程，火箭获得的平均推力大小。
7． 一架喷气式飞机（图）飞行的速度是，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
8. 一质量为M的航天器远离太阳和行星，正以速度υ0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出质量为m的气体，气体向后喷出的速度大小为υ１，求： 加速后航天器的速度大小（υ０、υ１均为相对同一参考系的速度）。
【参考答案】
【复习旧知】
动量守恒定律：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零， 这 个系统的总动量保持不变。 。
表达式： 。
条件：Ⅰ：系统不受外力；Ⅱ：系统所受外力的矢量和为零；Ⅲ：内力远大于外力；Ⅳ：单方向上合力为零。 。
利用动量守恒定律解决问题的技巧：
四个选择：选择 系统 ；选择 参考系 ；选择 正方向 ；选择 研究过程 。
一个判断： 判断系统动量是否守恒 。
四个确定：确定 物体1的初动量 ；确定 确定物体2的初动量 ；确定 物体1的末动量 ；确定 确定物体2的末动量 。
两个关系： 动量关系 ； 能量关系 。
[例1]:火箭静止在发射台上，其初始质量为M,在极短时间Δt内喷射大量的燃气，喷出的燃气速度为，喷出燃气后火箭的质量是m，则火箭在Δt时间内获得的速度是？
【解析】：根据动量守恒定律可得：截得：。火箭获得的速度与燃气的速度方向相反。提高火箭速度的办法：提高燃气喷射速度，提高燃气与火箭的质量的比值。
[针对训练1]（2017年全国Ⅰ卷）将质量为1.00kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（ ）
A．30kg m/s B．5.7×102kg m/s
C．6.0×102kg m/s D．6.3×102kg m/s
【解析】：开始总动量为零，规定气体喷出的方向为正方向，根据动量守恒定律得，，解得火箭的动量=﹣0.05×600kg m/s=﹣30kg m/s，负号表示方向，故A正确，B、C、D错误。故选：A。
[例2]如图所示，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)
(1)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；
(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)
【解析】：答案 (1)0.1 m/s，方向与橡皮塞水平运动方向相反
(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞水平分运动的方向相反
解析 (1)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，mv＋(M－m)v′＝0
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.
(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°＋(M－m)v″＝0
v″＝－＝－ m/s＝－0.05 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2]一个连同装备共有 100 kg 的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船 45 m 的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源，能以 50 m/s 的速度喷出气体。航天员为了能在 10 min 内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
【解析】：航天员需要的速度：；根据动量守恒定律得：。解得：。
【课后作业】
1. 下列有关实际中的一些现象。说法不正确的是( A )
A. 火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度
B. 体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C. 用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响
D. 为了减轻撞车时对车上人员的伤害，发动机舱越坚固越好
2. 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( B )
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
3． 质量M=327kg的小型火箭（含燃料）由静止发射，发射时共喷出质量m=27kg的气体，设喷出的气体相对地面的速度均为v=1000m/s，忽略地球引力和空气阻力的影响，则气体全部喷出后，火箭的速度大小为（ B ）
A．76m/s B．90m/s
C．94m/s D．99m/s
4.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，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮身向后反冲的速度大小为________．
炮车质量为M，炮弹质量为m，炮筒为水平方向，若炮弹离开炮口时对地速度为v，求炮车后退速度。（已知地面对炮车的摩擦力远小于炮筒中气体产生的推力）
【解析】：水平动量守恒，根据动量守恒定律可得：
6． 将总质量为1.05 kg的模型火箭点火升空，在0.02 s时间内有50 g燃气以大小为200 m/s的速度从火箭尾部喷出。燃气喷出过程中重力和空气阻力可忽略。则：
（1）在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小；
（2）在燃气喷出过程，火箭获得的平均推力大小。
【解析】：（1）根据动量守恒定律可得：可得：。
（2）根据动量定理得：=500N。
7． 一架喷气式飞机（图）飞行的速度是，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与飞机飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，飞机的速度还会增加吗？为什么？
【解析】火箭的速度还会继续增加。因为燃气的动量减小，系统的动量守恒，所以火箭的动量增加。
8. 一质量为M的航天器远离太阳和行星，正以速度υ0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出质量为m的气体，气体向后喷出的速度大小为υ１，求： 加速后航天器的速度大小（υ０、υ１均为相对同一参考系的速度）。
【解析】：以太阳为参考系。根据动量守恒定律得：。可得：。