資源簡介 (共67張PPT)第一章 動量與動量守恒定律第6節 反沖_____________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 1.認識生產生活中的反沖現象,能夠應用動量守恒定律對反沖現象進行解釋.2.通過查閱資料,了解我國航天事業的發展和成就,增強民族自信心和自豪感.情境導學在農田、園林中常用到灌溉噴水器,它能夠一邊噴水一邊旋轉,你知道它是如何工作的嗎?這就是本節要學習的反沖現象,也是動量守恒定律的重要應用.新知課丨必備知識解讀知識點1 反沖現象1 概念如果一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩部分,一部分向某個方向運動時,另一部分必然向相反的方向運動,這個現象叫作反沖.情境助學生活中的反沖現象圖1-6-11.將氣球充氣后松口釋放,氣球會沿與噴氣方向相反的方向飛出,如圖1-6-1甲所示.2.節日里,人們燃放“沖天炮”,火藥燃燒后產生的氣體向下沖,導致“沖天炮”躥上天空,如圖乙所示.3.烏賊頭下有一個漏斗,肌肉收縮時把外套膜中的水從漏斗中向后噴出,從而使自己向前游去,如圖丙所示.2 特點反沖過程中相互作用力常為變力,且作用力大,一般都滿足內力遠大于外力(類比碰撞、爆炸.),因此可用動量守恒定律來處理.3 表達式若原來系統是靜止的,則發生反沖運動后,根據動量守恒定律有.此式表明做反沖運動的兩部分,它們的動量大小相等、方向相反,而它們的速率與質量成反比.. .深度理解對反沖速度的理解矢量性 在不考慮其他外力時,原來靜止的物體在內力的作用下分裂成兩部分,這兩部分運動方向必然相反.在應用動量守恒定律列方程時,規定某一部分的運動方向為正方向,則另一部分的速度應取負值.相對性 系統中做反沖運動的兩部分間發生相對運動,已知條件中有時告知的是某一部分相對另一部分的速度,在應用動量守恒定律時,應將相對速度轉換為相對同一慣性參考系的速度(通常為對地速度).4 反沖的應用與防止(1)應用:反擊式水輪機、噴氣式飛機、火箭等.灌溉噴水器中水流的反沖作用可以使噴水管旋轉起來,實現多角度噴灑的目的;宇航員通過太空服背部的噴氣推進裝置,可實現在太空中朝各個方向移動.(2)防止:射擊運動中子彈向前飛出,槍身會向后反沖,這種反沖會影響到射擊的準確性;高壓水槍滅火時水高速噴出,高壓水槍會向后反沖,需消防員抓牢水槍以保持平衡.學思用·典例詳解【做一做丨活動建議】如圖1-6-2所示,把彎管裝在可旋轉的盛水容器的下部.當水從彎管流出時,容器就旋轉起來.有條件的學生動手做一做,想一想容器旋轉起來的原因是什么.圖1-6-2圖1-6-3例1-1 [人教版教材習題]一架噴氣式飛機(圖1-6-3)飛行的速度是 ,如果它噴出的氣體相對飛機的速度小于,那么以地面為參考系,氣體的速度方向實際上是與飛機飛行的方向相同的.如果在這種情況下繼續噴出氣體,飛機的速度還會增加嗎 為什么 【答案】飛機的速度還會增加,原因見解析.【解析】設飛機的質量為,噴出氣體的質量為 ,以地面為參考系,選取飛機噴氣前速度的方向為正方向,噴出的氣體的速度為,飛機噴氣后的速度為, 的方向與相同,但 ,由動量守恒定律有解得由于,,且,故有 ,因此飛機的速度還會增加.【學會了嗎丨變式題】1.下列不屬于反沖現象的是( )CA.發射炮彈后炮身后退B.火箭向下高速噴射熾熱氣體時上升C.人用槳向后劃水,船向前運動D.章魚調整噴水方向可以向不同方向運動【解析】反沖是指一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩部分,且兩部分向相反的方向運動.據此可知,發射炮彈后炮身后退屬于反沖現象;火箭向下高速噴射熾熱氣體時上升屬于反沖現象;人用槳向后劃水,船受到水對其向前的力而往前運動,不屬于反沖現象;章魚調整噴水方向可以向不同方向運動,屬于反沖現象.知識點2 火箭的發射1 火箭發射的原理火箭的發射利用了反沖.火箭燃料艙內的燃料燃燒產生的高溫、高壓燃氣從火箭尾部高速噴出,使火箭向前飛行.2 影響火箭飛行最大速度的因素(1)噴氣速度:目前常用的液體燃料是液氫,用液氧作氧化劑,火箭的噴氣速度一般在之間.(2)質量比(【說明】噴氣速度越大,質量比越大,火箭獲得的速度越大.)(火箭開始飛行時的質量與燃料燃盡時的質量之比)質量比與火箭的結構和材料有關,現代火箭能達到的質量比不超過10.推理論證 設火箭飛行時在極短的時間內噴射氣體的質量是,噴出的氣體相對噴氣前火箭的速度是,噴出氣體后火箭的質量是,火箭噴氣后增加的速度為.以噴氣前的火箭為參考系,根據動量守恒定律有,解得.據此可知,火箭獲得的速度與火箭的噴氣速度和質量比有關.. .. .3 多級火箭(1)為了提高火箭的速度,需要應用多級火箭.多級火箭在發射過程中要將燃料用完的箭體拋棄,這樣可以減小火箭的質量,從而提高火箭的最終速度.火箭飛行能達到的最大速度,一般來說就是燃料燃盡時火箭的速度.(2)火箭的級數不是越多越好,因為級數太多,構造越復雜,工作的可靠性就越差.目前的多級火箭一般為二級或三級.4 分析火箭問題的基本思路學思用·典例詳解例2-2 (2025·安徽蚌埠調研)某科研小組試驗一款火箭,攜帶燃料后的總質量為 .先將火箭以初速度從地面豎直向上彈出,上升到 高度時點燃燃料,假設質量為的燃氣在一瞬間全部豎直向下噴出,若燃氣相對火箭噴射出的速率為 ,重力加速度為 ,不計空氣阻力.求:(1)火箭到達 高度時的速度大??;【答案】【解析】由機械能守恒定律可得解得火箭到達 高度時的速度大小為.(2)燃氣全部噴出后火箭的速度大小;【答案】【解析】以火箭速度方向為正方向,燃氣噴出瞬間,對火箭及噴出的燃氣組成的系統,由動量守恒定律可得解得燃氣全部噴出后火箭的速度大小為 .(3)火箭上升的最大高度.【答案】【解析】設火箭上升的最大高度為 ,根據機械能守恒定律可得解得 .解題課丨關鍵能力構建題型1 反沖運動問題分析例3 新 生活實際章魚是一種溫帶軟體動物,生活在水中.一只懸浮在水中的章魚,當外套膜吸滿水后,它的總質量為 ,突然發現后方有一只海鰻,章魚迅速將體內的水通過頭下部的漏斗向后噴出,噴射的水力強勁,從而迅速向前逃竄.若噴射出的水的質量為,噴射速度的大小為 ,則下列說法正確的是( )CA.章魚噴水的過程中,章魚和噴出的水組成的系統機械能守恒B.章魚噴水的過程中,章魚和噴出的水組成的系統動量增加C.章魚噴水后瞬間逃跑的速度大小為D.章魚噴水的過程中受到水的沖量大小為思路點撥 本題的研究對象是章魚和噴出的水,注意章魚噴水時要消耗自身的能量,同時還要注意速度的矢量性和相對性.【解析】選項 分析 正誤A 在章魚噴水的過程中,章魚的生物能轉化為機械能,系統機械能增 加.B 章魚噴水過程所用的時間極短,內力遠大于外力,章魚和噴出的水 組成的系統動量守恒.C √選項 分析 正誤D續表分析反沖運動問題的注意點1.反沖運動中系統的內力遠大于外力,可以用動量守恒定律分析.2.反沖過程中作用力和反作用力都做正功,兩部分物體的機械能增加.3.明確兩部分物體初、末狀態的速度是不是相對同一參考系而言的,如果不是,要設法予以調整,一般情況下要轉化成對地速度.4.列方程時要注意初、末狀態動量的方向.反沖物體速度的方向與原物體的速度方向是相反的.【學會了嗎丨變式題】圖1-6-42.(2025·江蘇省海安高級中學月考)如圖1-6-4所示,一架質量為的噴氣式飛機飛行的速率是 ,某時刻它向后噴出的氣體相對飛機的速度大小為 ,噴出氣體的質量為,以地面為參考系,下列說法正確的是( )DA.若 ,則噴出氣體的速度方向與飛機飛行方向相同,噴氣后飛機速度不會增加B.只有 ,噴氣后飛機速度才會增加C.噴氣后飛機速度為D.噴氣后飛機增加的速度為【解析】題型2 變質量的反沖運動問題分析例4 一火箭發動機的噴氣發動機每次噴出 的氣體,假設氣體噴出時的對地速度恒為,開始時火箭靜止,火箭質量 ,發動機每秒噴氣20次.(1)第三次噴出氣體后,火箭的速度為多大 (2)運動 后,火箭的速度為多大 思路點撥 火箭發動機噴氣屬于反沖現象,火箭和氣體組成的系統動量守恒.運用動量守恒定律求解時,注意系統內部質量變化關系.每噴出一次氣體列一次方程,找出對應規律分步求解.【答案】(1)(2)【解析】 (1)噴出氣體的運動方向與火箭的運動方向相反,氣體和火箭組成的系統動量守恒.以火箭運動的方向為正方向.設第一次噴出氣體后火箭速度為 ,有,所以設第二次噴出氣體后,火箭速度為 ,有,所以設第三次噴出氣體后,火箭速度為 ,有所以 .(2)設第次噴出氣體后,火箭速度為 ,由(1)中分析可知所以因為每秒噴氣20次,所以 末火箭速度為.選取整體為研究對象,運用動量守恒定律求解.以火箭運動方向為正方向.(1)設噴出三次氣體后火箭的速度為 ,以火箭和三次噴出的氣體為研究對象,根據動量守恒定律,得所以 .(2)設運動后火箭的速度為 ,以火箭和20次噴出的氣體為研究對象,根據動量守恒定律,有所以 .分析變質量反沖運動問題的注意點1.對系統內部質量變化且發生多次相互作用的反沖運動問題,要注意質量變化關系和每次發生相互作用引起的動量變化的關系.2.特別要注意題中速度是相對地面的還是相對作用對象的.(1)上題中由于每次噴出氣體的速度是相對地面且恒定的,因此,多次噴出氣體與一次噴出氣體(其質量為多次的總和)是等效的,這樣處理使解題的過程得到了簡化.(2)如果每次噴氣速度是相對火箭的,注意將每次的相對速度轉化為對同一參考系的速度.如果明確了各速度的方向,則相對速度可確定為兩種情況:當兩者同向時,相對速率為兩者速率之差;兩者反向時,相對速率為兩者速率之和,這樣可將矢量式轉化為標量式.【學會了嗎丨變式題】3.[人教版教材習題]一個士兵坐在皮劃艇上,他連同裝備和皮劃艇的總質量是.這個士兵用自動步槍在 內沿水平方向連續射出10發子彈,每發子彈的質量是,子彈離開槍口時相對步槍的速度是 .射擊前皮劃艇是靜止的,不考慮水的阻力.(1)每次射擊后皮劃艇的速度改變多少 【答案】【解析】由題意知,士兵連同裝備和皮劃艇的總質量為 ,每發子彈的質量為,連續射擊時間,子彈離開槍口時相對步槍的速度為 .射出第1發子彈的過程中,系統動量守恒,則有得射出第2顆子彈的過程中,系統動量守恒,則有得同理,第3發子彈射出后皮劃艇的速度為射出第 發子彈的過程中,皮劃艇的速度改變量考慮到,故 .(2)連續射擊后皮劃艇的速度是多大 【答案】【解析】第10發子彈射出后,皮劃艇的速度大小為.(3)連續射擊時槍所受到的平均反沖作用力是多大 【答案】【解析】設全過程中槍所受到的平均反沖作用力為 ,則有解得 .考試課丨核心素養聚焦考情揭秘 素養點擊基本考查點 反沖現象,火箭的原理. 1.能夠利用動量守恒定律解釋生活和科技中的反沖現象.2.具有學習物理的興趣,能夠將所學知識應用于生活實際,有主動進行科學普及的意識.熱點及難點 運用反沖分析與科學、技術、生 活等相關的問題. 題型及難度 以選擇題為主,難度偏易. 高考中地位 動量守恒定律的典型應用,高考 中常有涉及. 考向 考查反沖現象例5 (2024·江蘇卷)嫦娥六號探測器于5月3日在中國文昌航天發射場發射升空并進入地月轉移軌道,探測器經過軌道修正、近月制動,順利進入環月軌道飛行.此后探測器經歷著陸器和上升器組合體、軌道器和返回器組合體的分離.已知嫦娥六號探測器在軌速度為,著陸器對應的組合體與軌道器對應的組合體分離時間為 ,分離后的速度為,且與同向,、的質量分別為、 .求:(1)分離后的速度 大?。?br/>【答案】【解析】組合體分離前后動量守恒,取 的方向為正方向,有解得 .(2)分離時對 的推力大小.【答案】【解析】以為研究對象,對 由動量定理有解得分離時對的推力大小 .本題以嫦娥六號中著陸器對應的組合體與軌道器對應的組合體 分離的過程為素材,創設了研究反沖現象的問題情境,主要考查動量守恒定律、動量定理等知識,這類試題經常與我國的航空、航天事業結合,體現我國的綜合國力,增強民族自豪感和社會責任感.【類題鏈接丨變式題】類題 (湖北高考題)抗日戰爭時期,我軍繳獲不少敵軍武器武裝自己,其中某輕機槍子彈彈頭質量約,出膛速度大小約 .某戰士在使用該機槍連續射擊1分鐘的過程中,機槍所受子彈的平均反沖力大小約 ,則機槍在這1分鐘內射出子彈的數量約為( )CA.40 B.80 C.120 D.160【解析】對子彈,根據動量定理得,代入數據解得 ,故A、B、D錯誤,C正確.習題課丨學業質量測評A 基礎練丨知識測評建議時間:20分鐘1.我國神話故事中哪吒腳踩風火輪在天空中來去自由,現在人類穿上渦噴飛翼飛行器(簡稱飛行器)也能像哪吒一樣,在高空中自由地完成上升、下降、懸停、平飛和翻轉等動作,如圖.飛行器主要由微型噴氣發動機和操縱系統組成,下列說法正確的是( )AA.飛行器要加速上升,需向下噴射燃氣B.某段時間飛行器在空中懸停,重力的沖量為零C.燃氣對飛行器的沖量與飛行器對燃氣的沖量相同D.飛行器在下降過程,其動量一定越來越大【解析】 .選項 分析 正誤A 飛行器要加速上升,需向下噴射燃氣,產生向上的推力. √BC 燃氣對飛行器的沖量與飛行器對燃氣的沖量方向不同.D 飛行器在下降過程,速度可能減小,其動量不一定越來越大.2.一同學在地面上立定跳遠的最好成績是,假設他站在車的 端,如圖所示,想要跳上距離為 遠的站臺上,不計一切阻力,則( )BA.時,他一定能跳上站臺 B. 時,他有可能跳上站臺C.時,他一定能跳上站臺 D. 時,他有可能跳上站臺【解析】當人往站臺上跳的時候,人有一個向站臺的速度,由于動量守恒,車子必然有一個離開站臺的速度.這樣的話,人相對于地面的速度小于立定跳遠時的初速度,若或,人就一定跳不到站臺上,只有 ,人才有可能跳上站臺,選項B正確.3.如圖所示,在光滑的水平面上有一靜止的小車,甲、乙兩人分別站在小車左、右兩端.當他倆同時相向而行時,發現小車向右運動.下列說法正確的是( )DA.乙的速度必定小于甲的速度B.乙的速度必定大于甲的速度C.乙的動量必定小于甲的動量D.乙的動量必定大于甲的動量【解析】甲、乙兩人相向而行的過程中,甲、乙兩人及小車組成的系統所受的合外力為零,系統動量守恒,以向右為正方向,根據動量守恒定律得,小車向右運動,小車的動量方向向右,說明甲與乙兩人的總動量向左,因乙向左運動,甲向右運動,則乙的動量必定大于甲的動量,但是由于不知兩人的質量關系,故無法確定兩人的速度大小關系,選項A、B、C錯誤,D正確.4.(2025·山東日照期中)一名連同裝備總質量為的航天員,在距離空間站 處與空間站相對靜止.裝備中有一個高壓氣罐,能噴出氣體從而使航天員相對于空間站運動.某次航天員啟動高壓氣罐,一次性向遠離空間站的方向以速度 (以空間站為參考系)噴出質量為的氣體,使航天員在時間 內勻速返回空間站.下列說法正確的是( )AA.若高壓氣罐噴出氣體的速度變大但動量不變,則返回時間大于B.若高壓氣罐噴出氣體的質量不變但速度變大,則返回時間大于C.噴出氣體的質量D.在噴氣過程中,航天員、裝備及氣體所構成的系統機械能守恒【解析】5.如圖所示,某小組在探究反沖運動時,將一個質量為 的小液化瓶固定在質量為 的小玩具船上,利用液化瓶向外噴射氣體作(1)噴射出質量為 的氣體后,小船的速度是多大?【答案】【解析】以小船運動的方向為正方向,在噴射質量為 的氣體的過程中,由動量守恒定律得解得 .為船的動力.現將整個裝置靜止放在平靜的水面上,已知打開液化瓶后向外噴射的氣體的對地速度大小為,如果在的時間內液化瓶向外噴射的氣體的質量為 ,忽略水的阻力,則:(2)在液化瓶噴射出質量為 的氣體的過程中,小船所受氣體的平均作用力的大小是多少?【答案】【解析】設液化瓶對氣體的平均作用力大小為 ,對噴射出的氣體運用動量定理得解得由牛頓第三定律得,小船所受氣體的平均作用力大小為.B 綜合練丨選考通關建議時間:25分鐘6.[鏈接教材第31頁“發展空間”](2025·重慶巴蜀中學月考)如圖所示,某中學航天興趣小組的同學將靜置在地面上的質量為 (含水)的自制“水火箭”釋放升空,在極短的時間內,質量為的水以相對地面大小為 的速度豎直向下噴出.已知重力加速度為 ,空氣阻力不計,下列說法正確的是( )DA.火箭的推力來源于火箭外的空氣對它的反作用力B.水噴出的過程中,火箭和水機械能守恒C.火箭獲得的最大速度為D.火箭上升的最大高度為【解析】火箭的推力來源于向下噴出的水對火箭的反作用力,A錯誤;水噴出的過程中,火箭內氣體做功,火箭及水的機械能不守恒,B錯誤;在噴水的極短時間內,火箭和水的重力可忽略不計,火箭和水組成的系統在豎直方向動量守恒,在水噴出后的瞬間,火箭獲得的速度最大,設最大速度為 ,以豎直向上為正方向,根據動量守恒定律有,解得 ,C錯誤;水噴出后,火箭做豎直上拋運動,有,解得最大高度為 ,D正確.7.假設一小型宇宙飛船沿軌道在高空做勻速圓周運動,運動周期為 ,如果飛船沿與其速度相反的方向拋出一個物體,飛船和物體 以后的運動可能是( )DA.物體與飛船運動周期都等于B.物體的運動周期等于,而飛船的運動周期小于C.物體 豎直下落,而飛船在原軌道上運動D.物體和飛船的運動周期都大于【解析】飛船沿與其速度方向相反的方向拋出一個物體的過程,飛船與 組成的系統在軌道切線方向上動量守恒,因為物體 是沿飛船速度方向的反方向拋出的,由動量守恒定律可知,飛船的動量一定增大,速度增大,根據萬有引力提供向心力的特點知,飛船將做離心運動,上升到高軌道,飛船的軌道半徑變大,由 可知,飛船的周期 變大,選項A、B、C錯誤.故本題應選D.【思維拓展】針對D選項,拋出后物體 的速度方向有以下幾種可能:①若拋出后物體相對地面的速度方向與飛船速度方向相同,則物體 的速度較小,將做向心運動,由可知,的周期小于 .②若拋出后物體相對地面的速度為零,則 會在萬有引力的作用下豎直下落.③若拋出后物體 相對地面的速度方向與飛船速度方向相反,其大小可能等于飛船原來的速度,此時仍將在原軌道運行,由可知,的周期等于 ;也可能大于飛船原來的速度,此時也將上升到高軌道運動,由可知, 的周期大于;還可能小于飛船原來的速度,此時將做向心運動,由可知,的周期小于 .綜上分析選項D正確.8.穿著溜冰鞋的人,站在光滑的冰面上,沿水平方向舉槍射擊.設第一次射出子彈后,人后退的速度為 ,且每次射出的子彈對地速度均相同,則( )CA.無論射出多少顆子彈,人后退的速度都為B.射出顆子彈后,人后退的速度為C.射出顆子彈后,人后退的速度大于D.射出顆子彈后,人后退的速度小于【解析】設人、槍(包括子彈)的總質量為,每顆子彈質量為 ,子彈射出時的對地速度為 .第一次射出子彈時,以人后退的方向為正方向,由動量守恒定律有.設射出顆子彈后,人后退速度為 ,則有.由以上分析有,.因 ,所以有 ,選項C正確.9.用火箭發射人造地球衛星,假設最后一節火箭的燃料用完后,火箭殼體和衛星一起以的速度繞地球做勻速圓周運動.已知衛星的質量為 ,最后一節火箭殼體的質量為 .某時刻火箭殼體與衛星分離,分離時衛星與火箭殼體的速度沿軌道切線方向,相對速度為 (衛星加速).試分析:分離后衛星的速度增加到多大 火箭殼體的速度是多大 分離后它們將如何運動 【答案】 分離后的運動情況見解析【解析】分離前衛星與火箭殼體的速度 ,設分離后衛星與火箭殼體的速度分別為和 ,分離時系統在軌道切線方向上動量守恒,有衛星與火箭殼體相對速度解得, .分離后,衛星速度,衛星將做離心運動;火箭殼體分離后的速度 ,因此做向心運動.10.如圖所示,一質量為的小車靜止在水平面上,其上表面為半徑為 的四分之一圓弧軌道,軌道最右端處切線水平且在地面上的投影點為, .地面上有兩個標記點、,、、三點共線且、.現將一質量為 的小球從圓弧軌道頂端點正上方某高度處由靜止釋放,一段時間后小球從 點無碰撞地滑上小車并從點滑出,不計空氣阻力和一切摩擦,重力加速度為 .(1)求小球在小車上運動過程中,小車位移的大??;【答案】【解析】設小球滑到小車最底端時,小車和小球的對地位移大小分別為、 ,規定向右為正方向,根據水平方向動量守恒有由幾何關系得聯立解得 .(2)若小球釋放位置與點的距離為,欲使小球可以落在標記點、之間,求的取值范圍.【答案】【解析】設小球滑到小車最底端時,車和小球的速度大小分別為、 ,由系統機械能守恒得根據水平方向動量守恒有小球離開小車最右端后做平拋運動,且其落在標記點、之間,設水平位移為 ,下落時間為水平方向上有豎直方向上有依題意有聯立解得 .C 培優練丨能力提升建議時間:8分鐘11.靜止在太空中的飛行器上有一種裝置,它利用電場加速帶電粒子形成向外發射的高速粒子流,從而對飛行器產生反沖力,使其獲得加速度.已知飛行器質量為 ,發射的是2價氧離子.發射離子的功率恒為,加速的電壓為,每個氧離子的質量為 .已知元電荷為 .離子速度遠大于飛行器的速度,不計發射氧離子后飛行器質量的變化,那么:(1)射出的氧離子速度多大?【答案】【解析】以氧離子為研究對象,發射氧離子的過程中,根據動能定理,有所以,氧離子速度大小為 .(2)每秒鐘射出的氧離子數多大;【答案】【解析】設每秒鐘射出的氧離子數為,則發射功率可表示為所以,每秒射出的氧離子數為 .(3)飛行器的加速度多大?【答案】【解析】以氧離子和飛行器組成的系統為研究對象,設飛行器的反沖速度大小為 ,取飛行器的速度方向為正方向,飛行器最初靜止,根據動量守恒定律知,時間 內有飛行器的加速度大小為可得 . 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫