1、第四節(jié)動量守恒定律的應(yīng)用第一章2021內(nèi)容索引0102課前篇 自主預(yù)習(xí)課堂篇 探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過學(xué)習(xí)了解反沖運動和反沖運動在生活中的應(yīng)用,知道火箭的飛行原理.(物理觀念)2.通過實例分析,能夠應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運動問題.(科學(xué)思維)3.通過學(xué)習(xí)和課外閱讀,了解我國航天技術(shù)的開展,增強(qiáng)民族自豪感.(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)思維導(dǎo)圖課前篇 自主預(yù)習(xí)必備知識一、反沖1.定義:如果一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂成兩局部,一局部向某個方向運動,另一局部必然向相反的方向運動.這種現(xiàn)象叫作反沖.2.處理:反沖運動中物體之間相互作用力很大,且作用時間極短,一般都滿足內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,外力可以忽略不計,所以

2、反沖運動可用動量守恒定律來處理.想一想反沖運動中,內(nèi)力做功的代數(shù)和是否為零?提示 不為零.反沖運動中,兩局部受到的內(nèi)力做功的代數(shù)和為正值.二、火箭的發(fā)射原理1.原理:火箭的發(fā)射過程是一個反沖運動.2.影響火箭獲得速度大小的因素:火箭噴出的燃料速度越大,噴出的燃料質(zhì)量與火箭質(zhì)量之比越大,那么火箭獲得的速度越大.自我檢測1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯誤的小題請說明原因.(1)做反沖運動的兩局部的動量一定大小相等,方向相反.()答案 (2)公園里的湖面上有一條靜止的小船,一人站在船頭,開始走向船尾,那么小船會向船尾方向前進(jìn).()答案 解析 人和船組成的系統(tǒng)動量守恒,開始時總動量為零,人向船尾走,船就會向

3、船頭運動.(3)反沖運動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果.()答案 (4)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理.()答案 2.運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后,火箭做加速運動的原因是()A.燃料推動空氣,空氣反作用力推動火箭B.火箭發(fā)動機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出,氣體的反作用力推動火箭C.火箭吸入空氣,然后向后排出,空氣對火箭的反作用力推動火箭D.火箭燃料燃燒發(fā)熱,加熱周圍空氣,空氣膨脹推動火箭答案 B解析 火箭工作中,動量守恒,當(dāng)燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后噴出時,火箭受氣體向前的推力從而加速,故B正確.3.(多項選擇)以下運動屬于反沖運動的有()答案 CD解析 汽車的運動利用了汽

4、車的牽引力,不屬于反沖運動,故A錯誤;直升機(jī)的運動利用了空氣的反作用力,不屬于反沖運動,故B錯誤;火箭是利用噴氣的方式獲得動力,屬于反沖運動,故C正確;還擊式水輪機(jī)利用水的反沖作用而獲得動力,屬于反沖運動,故D正確.課堂篇 探究學(xué)習(xí)探究一反沖運動及應(yīng)用情境探究我國早在宋代就創(chuàng)造了火箭,在箭桿上捆一個前端封閉的火藥筒,火藥點燃后生成的燃?xì)庖院艽蟮乃俣认蚝髧姵?火箭就會向前運動.請思考:(1)古代火箭的運動是否為反沖運動?(2)火箭飛行利用了怎樣的工作原理?要點提示 (1)古代火箭的運動是反沖運動.(2)火箭靠向后連續(xù)噴射高速氣體飛行,利用了反沖原理.知識歸納(1)物體的不同局部在內(nèi)力作用下向相反

5、方向運動.(2)在反沖運動中,相互作用力一般較大,通常可以用動量守恒定律來處理.(3)在反沖運動中,由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,所以系統(tǒng)的總動能增加.2.反沖運動的應(yīng)用與防止 應(yīng)用噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣體的反沖作用而獲得巨大的速度防止射擊時,子彈向前飛去,槍身向后發(fā)生反沖,這會影響射擊準(zhǔn)確性實例引導(dǎo)例1反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上,點燃酒精,水蒸氣將橡皮塞水平噴出,小車沿相反方向運動.小車運動前的總質(zhì)量M=3 kg,水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m=0.1 kg.(水蒸氣質(zhì)量忽略不計)(1)假設(shè)橡皮塞噴出時獲得的水平速度v=2.9 m/s,求小車的反沖速度.(2)假設(shè)橡皮塞噴出時速度大小不

6、變,方向與水平方向成60角,求小車的反沖速度.(小車一直在水平方向運動)答案 (1)0.1 m/s,方向與橡皮塞運動的方向相反(2)0.05 m/s,方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反 解析 (1)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)所受外力之和為零,系統(tǒng)總動量為零.以橡皮塞運動的方向為正方向,根據(jù)動量守恒定律,mv+(M-m)v=0負(fù)號表示小車運動方向與橡皮塞運動的方向相反,反沖速度大小是0.1 m/s. (2)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒.以橡皮塞運動的水平分運動方向為正方向,有mvcos 60+(M-m)v=0=-0.05 m/s負(fù)號表示小車運動方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反,反沖速

7、度大小是0.05 m/s.規(guī)律方法處理反沖運動的三個注意(1)速度的方向:對于原來靜止的整體,拋出局部與剩余局部的運動方向必然相反.在列動量守恒方程時,可任意規(guī)定某一局部的運動方向為正方向,那么反方向的速度取負(fù)值.(2)相對速度問題:在反沖運動中,有時遇到的速度是兩物體的相對速度.此類問題中應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度,再列動量守恒定律方程.(3)變質(zhì)量問題:如在火箭的運動過程中,隨著燃料的消耗,火箭本身的質(zhì)量不斷減小,此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象,取相互作用的這個過程為研究過程來進(jìn)行研究.變式訓(xùn)練1一火箭的噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m=200 g的氣體,氣體離開

8、發(fā)動機(jī)噴出時的速度v=1 000 m/s(相對地面).設(shè)火箭的質(zhì)量M=300 kg,發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次,當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后,求火箭的速度大小.答案 2 m/s 解析 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象,據(jù)動量守恒定律,得(M-3m)v3-3mv=0,解得v3= =2 m/s.探究二反沖運動的應(yīng)用“人船模型”情境探究如以下圖,一條質(zhì)量約為180 kg的小船漂浮在靜水中,當(dāng)人從船尾走向船頭時,小船也發(fā)生了移動,不計水的阻力.(1)小船發(fā)生移動的動力是什么力?小船向哪個方向運動?(2)當(dāng)人走到船頭相對船靜止時,小船還運動嗎?為什么?(3)當(dāng)人從船尾走到船頭時,有沒有

9、可能出現(xiàn)圖甲或圖乙的情形?為什么?甲乙 要點提示 (1)摩擦力.小船向船尾方向運動,即與人行的方向相反.(2)不運動.小船和人組成的系統(tǒng)動量守恒,當(dāng)人的速度為零時,船的速度也為零.(3)不可能.由系統(tǒng)動量守恒可知,人和船相對于地面的速度方向一定相反,不可能向同一個方向運動,且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比.知識歸納(1)人船模型的條件:兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時,假設(shè)所受合外力為零,那么該系統(tǒng)動量守恒.(2)人船模型的特點:人動船動,人停船停,人快船快,人慢船慢,人左船右;人船位移比等于它們質(zhì)量的反比,人船平均速度(瞬時速度)比等于它們質(zhì)量的反比,即要點筆記應(yīng)用此關(guān)系時要注意,公式中v1、

10、v2和s1、s2一般都是相對地面而言的.實例引導(dǎo)例2質(zhì)量為100 kg的熱氣球,載有質(zhì)量為50 kg的人,靜止在空中距地面20 m高的地方,氣球下方懸一根質(zhì)量可忽略不計的繩子,該人想從氣球上沿繩慢慢下滑至地面(繩子足夠結(jié)實),為了能平安到達(dá)地面,繩長至少應(yīng)為(可以把人看作質(zhì)點)()A.10 mB.30 mC.40 mD.60 m答案 B 變式訓(xùn)練2如以下圖,一個傾角為的直角斜面體靜置于光滑水平面上,斜面體質(zhì)量為M,頂端高度為h,今有一質(zhì)量為m的小物體,沿光滑斜面下滑,當(dāng)小物體從斜面頂端自由下滑到底端時,斜面體在水平面上移動的距離是()答案 C 解析 此題屬于“人船模型問題,小物體與斜面體組成的

11、系統(tǒng)在水平方向上動量守恒,以小物體在水平方向上對地位移的方向為正方向,設(shè)小物體在水平方向上對地位移為s1,斜面體在水平方向上對地位移為s2,由動量守恒定隨堂檢測1.以以下圖片所描述的事例中,沒有利用反沖運動原理的是() 答案 D解析 噴灌裝置是利用水流噴出時的反沖作用而旋轉(zhuǎn)的,章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向利用了噴出的水的反沖作用,火箭發(fā)射是利用噴氣的方式獲得動力,利用了反沖運動,故A、B、C不符合題意;碼頭邊輪胎的作用是延長碰撞時間,從而減小作用力,沒有利用反沖作用,故D符合題意.2.質(zhì)量為m、半徑為R的小球,放在半徑為2R、質(zhì)量為2m的大空心球內(nèi),大球開始靜止在光滑水平面上.當(dāng)小球從如以下圖的位置無

12、初速度沿內(nèi)壁滾到最低點時,大球移動的距離是()答案 B 解析 由水平方向動量守恒有ms小球-2ms大球=0,又s小球+s大球=R,所以s大球= ,選項B正確.3.如以下圖是著名的萬戶飛天.萬戶把47個自制的火箭綁在椅子上,自己坐在椅子上,雙手拿著大風(fēng)箏,設(shè)想利用火箭的推力飛上天空,然后利用風(fēng)箏平穩(wěn)著陸.假設(shè)萬戶及其所攜設(shè)備(火箭、椅子、風(fēng)箏等)的總質(zhì)量為M,點燃火箭后在極短的時間內(nèi),質(zhì)量為m的燃?xì)庀鄬Φ孛嬉詖0的速度豎直向下噴出,忽略空氣阻力的影響,重力加速度為g,以下說法正確的選項是()D.在火箭噴氣過程中,萬戶及其所攜設(shè)備的機(jī)械能守恒 答案 B 4.如以下圖,進(jìn)行太空行走的宇航員A和B的質(zhì)量分別為80 kg和1