6反沖現(xiàn)象火箭[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解反沖現(xiàn)象及反沖現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用(重點(diǎn))。2.理解火箭的飛行原理，能夠應(yīng)用動量守恒定律分析火箭飛行的問題(難點(diǎn))。一、反沖現(xiàn)象吹飽氣的氣球松手后，氣球噴出氣體，同時氣球也飛了出去；點(diǎn)燃“竄天猴”的藥捻，“竄天猴”噴出亮麗火焰的同時飛向了天空。分析以下問題：(1)氣球、“竄天猴”的運(yùn)動方向與它們噴出的氣體的運(yùn)動方向有什么關(guān)系？(2)促使氣球、“竄天猴”運(yùn)動的施力物體是什么物體？答案(1)氣球、“竄天猴”的運(yùn)動方向與它們噴出的氣體的運(yùn)動方向相反。(2)它們噴出的氣體。1.定義一個物體或系統(tǒng)在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分，一部分向某個方向運(yùn)動，另一部分向相反的方向運(yùn)動的現(xiàn)象。說明：“相反的方向”理解為一部分相對于另一部分的運(yùn)動方向相反。2.規(guī)律：反沖運(yùn)動中，系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，滿足動量守恒定律。3.反沖運(yùn)動的三個特點(diǎn)(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動。(2)反沖運(yùn)動中，系統(tǒng)的動量為0，并且遵循動量守恒定律或在某一方向上動量守恒。(3)反沖運(yùn)動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的機(jī)械能增加。4.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止(1)應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)。(2)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。例1如圖所示，狙擊槍重M＝8kg，射出的子彈質(zhì)量m為20g，若子彈射出槍口時的速度為v＝1000m/s，不計(jì)人對槍的作用力，則槍的后退速度v'是多大？答案2.5m/s解析子彈和槍組成的系統(tǒng)動量守恒，以子彈的速度方向?yàn)檎较?。作用前：p＝0作用后：p'＝mv－Mv'由動量守恒定律得：p＝p'即0＝mv－Mv'解得v'＝2.5m/s。例2如圖所示，自行火炮車同炮彈的總質(zhì)量為M，炮管水平，火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中，發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后，自行火炮車的速度變?yōu)関2，仍向右行駛，則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為()A.mB.MC.MD.M答案B解析自行火炮車水平勻速行駛時，牽引力與阻力平衡，系統(tǒng)動量守恒。設(shè)向右為正方向，發(fā)射前動量之和為Mv1，炮彈相對炮筒的發(fā)射速度為v0，則炮彈對地的速度為v0＋v2，發(fā)射后系統(tǒng)的動量之和為(M－m)v2＋m(v0＋v2)，由Mv1＝(M－m)v2＋m(v0＋v2)，解得v0＝M(v1討論反沖運(yùn)動應(yīng)注意的兩個問題：(1)速度的方向性：對于原來靜止的整體，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動方向?yàn)檎较颍瑒t反方向運(yùn)動的另一部分的速度就要取負(fù)值。(2)速度的相對性：反沖問題中，若已知相互作用的兩物體的相對速度，先將各速度轉(zhuǎn)換成相對同一參考系的速度(地面上物體一般指對地速度)，再列動量守恒方程求解。二、火箭1.質(zhì)量為m的人在遠(yuǎn)離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對靜止，由于沒有力的作用，他與飛船總保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。這個人手中拿著一個質(zhì)量為Δm的小物體。現(xiàn)在他以相對于飛船為u的速度把小物體拋出。(1)拋出時，人和小物體的受力有什么特點(diǎn)？(2)小物體的動量改變量是多少？(3)人的動量改變量是多少？(4)人的速度改變量是多少？答案(1)是一對相互作用力，等大反向(2)Δm·u(3)－Δm·u(4)－Δ2.火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為M、燃料燃盡后火箭的質(zhì)量為m，火箭燃?xì)獾膰娚渌俣葹関1。(1)燃料燃盡后火箭的飛行速度v為多大？(2)根據(jù)(1)中結(jié)果討論如何提高火箭飛行時獲得的速度。答案(1)在火箭發(fā)射過程中，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以動量守恒。以火箭的速度方向?yàn)檎较?，發(fā)射前的總動量為0；發(fā)射后的總動量為mv－(M－m)v1由動量守恒定律得：0＝mv－(M－m)v1得v＝M?mmv1＝(Mm(2)根據(jù)v＝(Mm－1)v1①提高火箭噴出的燃?xì)獾乃俣取＂谠龃蠡鸺l(fā)射前的總質(zhì)量和燃料燃盡后火箭的質(zhì)量的比值。(1)煙花點(diǎn)火升空，是地面對煙花的反作用力作用的結(jié)果。 (×)(2)火箭加速上升的過程中，火箭的動量守恒，機(jī)械能也守恒。 (×)例3某物理興趣社在社團(tuán)活動中發(fā)射水火箭如圖所示，已知水火箭總質(zhì)量為3kg，在極短時間內(nèi)將2kg的水以對地8m/s的速度噴出?？諝庾枇珊雎?，g取10m/s2，下列說法正確的是()A.該過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒B.水火箭靠空氣給的反作用力加速C.噴水后水火箭獲得的速度為20m/sD.水火箭上升的最大高度約為12.8m答案D解析系統(tǒng)由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，故A錯誤；水火箭靠壓出的水給的反作用力加速，故B錯誤；由動量守恒定律有0＝－mv1＋(M－m)v2，得噴水后水火箭獲得的速度為v2＝16m/s，故C錯誤；水火箭上升的最大高度約為h＝v222g＝12.8例4在某次火箭發(fā)射過程中，假設(shè)火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出m＝200g的氣體，氣體噴出時的速度v＝1000m/s。設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機(jī)每秒噴氣20次。求：(1)當(dāng)?shù)谌螄姵鰵怏w后，火箭的速度大??；(2)運(yùn)動第1s末，火箭的速度大小。答案(1)2.0m/s(2)13.5m/s解析(1)第三次噴出氣體后，共噴出的氣體質(zhì)量m1＝3×0.2kg＝0.6kg以火箭初速度方向?yàn)檎较?，根?jù)動量守恒定律得(M－m1)v1－m1v＝0，解得v1≈2m/s(2)1s末發(fā)動機(jī)噴氣20次，共噴出的氣體質(zhì)量為m2＝20×0.2kg＝4kg根據(jù)動量守恒定律得(M－m2)v'－m2v＝0則得火箭1s末的速度大小為v'≈13.5m/s。分析火箭類問題應(yīng)注意的三個問題：(1)火箭在運(yùn)動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動量守恒定律時，必