资源简介

反冲现象 火箭
【学习目标】
1．理解反冲运动概念及其特点，理解反冲运动的物理实质。
2．能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。
3．知道火箭的飞行原理及其应用。
【学习重点】
反冲运动的特点及应用动量守恒定律对反冲运动进行定量计算。
【学习难点】
如何运用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题。
【学习过程】
一、自主学习
1．反冲运动
一个静止的物体在_________的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另外一个部分必然向__________方向运动，这个现象叫反冲运动。
2．特点
（1）物体的不同部分在________作用下向相反方向运动。
（2）在反冲运动中，系统的合外力一般不为零；但内力__________外力，可认为反冲运动中系统______________________。
3．反冲现象的应用和防止
（1）应用：
①______________________________________。
②______________________________________。
③______________________________________。
（2）避免有害的反冲运动
射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影响射击准确性等。所以用步枪射击时要把枪身抵在______，以减少反冲的影响。
二、发射
1．发射火箭的原理
火箭是利用了反冲原理，发射火箭时，尾管中喷射出的高速气体有动量，根据动量守恒定律，火箭就获得向上的动量，从而向上飞去。
质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止状态。这个人手中拿着一个质量为Δm的小物体。现在他以相对与飞船为u的速度把小物体抛出。
（1）小物体的动量改变量是多少？
（2）人的动量改变量是多少？
（3）人的速度该变量是多少？
2．影响火箭获得速度大小的因素：
（1）____________；
（2）质量比（火箭______的质量与火箭____________质量之比）；
（3）______越大，______越大，火箭最终获得的速度就越大。
3．现代火箭主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头、人造卫星或宇宙飞船，即利用火箭作为运载工具。
【典型例题】
一个连同装备总质量为M=100kg的宇航员在距离飞船x=45m处相对飞船处于静止状态。他带有一个装有m0=0.5kg氧气的贮气筒，贮气筒上有一个可以使氧气以v=50m/s的速度喷出的喷嘴，宇航员必须向着飞船相反方向放出氧气，才能回到飞船。同时还要保留一部分氧气供途中呼吸用，宇航员的耗氧率为Q=2.5×10-4kg/s。不考虑喷出的氧气对设备及宇航员总质量的影响，如果在开始返回时瞬时喷出0.1kg氧气，宇航员能否安全返回飞船？
【课堂练习】
1.一架喷气式飞机飞行的速度是800m/s，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于800m/s，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？
2.一个连同装备共有100kg的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船45m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50m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10min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？
3.用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以7.0×103m/s的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为500kg，最后一节火箭壳体的质量为100kg。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为1.8×103m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度是多大？分离后它们将如何运动？
4.一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是120kg。这个士兵用自动步枪在2s内沿水平方向连续射出10发子弹，每发子弹的质量是10g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是800m/s。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。
（1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？
（2）连续射击后皮划艇的速度是多大？
（3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？
5．假定冰面是光滑的，某人站在冰冻河面的中央，他想到达岸边，则可行的办法是（ ）
A．步行 B．挥动双臂 C．在冰面上滚动 D．脱去外衣抛向岸的反方向
6．下列属于反冲运动的有（ ）
A．喷气式飞机的运动 B．火箭的远动
C．直升机的运动 D．反击式水轮机的运动
7．一只青蛙，蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是（ ）
A．木板的上表面光滑而底面粗糙 B．木板的上表面粗糙而底面光滑
木板的上下表面都粗糙 D．木板的上下表面都光滑
8．一个连同装备共有100kg的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船45m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50m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10min时间内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？
9．在沙堆上有一木块，质量m1=5kg，木块上放一爆竹，质量m2=0.01kg。点燃爆竹后，木块陷入沙中深度为s=5cm，若沙对木块的平均阻力为58N，不计爆竹中火药的质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度。
10．甲、乙两个溜冰者，两人质量分别为48kg和50kg。甲手里拿着质量为2kg的球，两人均以2m/s的速率在冰面上相向滑行，冰面光滑。甲将球传给乙，乙再将球抛给甲，这样抛接若干次后，乙的速率为零（最后球仍留在甲手中），则甲的速率为多少？
11．在水平轨道上放置一门质量为M的炮车，发射炮弹的质量为m，炮车与地面间摩擦不计，当炮身与水平方向成θ角发射炮弹时，炮弹相对炮身的出口速度为v0，试求炮车后退的速度多大？
12．如图所示，物体A和B质量分别为m1和m2，其图示直角边长分别为a和B。设B与水平地面无摩擦，当A由O顶端从静止开始滑到B的底端时，B的水平位移是多少？
13．一架喷气式飞机飞行速度是800m/s，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于800m/s，那么以地面为参考系，气体的速度反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？
反冲现象 火箭
【教学目标】
一、知识与技能
1．理解反冲运动概念及其特点，理解反冲运动的物理实质。
2．能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。
3．知道火箭的飞行原理及其应用。
二、过程与方法
1．通过观察反冲现象，寻找它们共同规律的过程培养学生的观察能力和发现问题的能力。
2．进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力。
三、情感态度与价值观
1．了解我国的航空、航天事业的巨大成就和当前的航空、航天计划，激发学生热爱祖国的情感。
2．体会物理知识来源于生活而又应用于生活的特点，提高学生物理学习的学科素养。
【教学重点】
反冲运动的特点及应用动量守恒定律对反冲运动进行定量计算。
【教学难点】
如何运用动量守恒定律分析、解决反冲运动问题。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入
1．教师以互动问答的方式，引导学生复习动量、动量守恒定律及其条件等相关知识。
2．播放视频（嫦娥二号升空视频）观看火箭升空过程。
3．实验演示
【演示实验1】
将吹满气的气球释放，观察气球的运动。
【演示实验2】
自制易拉罐注满水后，喷水过程中发现易拉罐的旋转。
【演示实验3】
反冲式小船，注水后在水槽中前进。
【演示实验4】
反冲式小汽车，气球放球后小车前进。
提问：这几个实验的共同点是什么？
点评学生的回答，并引出什么是反冲运动。
二、新课教学
（一）反冲现象
1．定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。
提问：常见的反冲运动还有哪些？列举一下。
教师总结并展示：喷气式飞机、自动喷洒装置(视频)、章鱼游泳、古代火箭、水上飞行器
通过以上实例，引导学生自主归纳总结反冲运动的特点。（板书）
2．特点：反冲运动的实质是作用力与反作用力的效果；内力>>外力，系统动量守恒。
思考与讨论：以实验一为实例，解释反冲现象（从力、能量、动量三个角度）。
教师总结：反冲现象的本质、系统机械能不守恒、系统动量守恒。
例题总结：只要系统的总动量守恒，就可以通过各种方式改变系统某部分的速度，使其他部分产生所需的速度或动量——也就是说可以利用“反冲”！
反冲应用举例：
乌贼利用反冲运动获得动力。（喷水）
蝴蝶利用反冲运动获得动力。（喷气）
（二）火箭
教师展示与介绍：火箭是反冲运动的应用之一。
中国古代火箭介绍。
中国现代火箭介绍。
例题
火箭飞行的最大速度是由什么因素决定的？
设：火箭发射前的总质量为M，燃料燃尽后火箭的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，求燃料燃尽后火箭的飞行速度v’为多大？
（教师对学生的作答进行点评。）
总结：燃料燃尽时，火箭获得的最终速度由喷气速度v和质量比M/m（开始飞行时和燃料燃尽时的质量比），两个因素决定。（板书）
图片展示：多级运载火箭展示。（板书）
教师提问：多级火箭的有利之处？
小常识介绍：
1．火箭的级数不是越多越好，级数越多，构造越复杂，工作的可靠性和安全性就越差，一般多级火箭都是三级火箭。
2．现代火箭的喷气速度在2000—4000m/s。
【课堂练习】
1.一架喷气式飞机飞行的速度是800m/s，如果它喷出的气体相对飞机的速度小于800m/s，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？
2.一个连同装备共有100kg的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船45m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50m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10min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？
3.用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以7.0×103m/s的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为500kg，最后一节火箭壳体的质量为100kg。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为1.8×103m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度是多大？分离后它们将如何运动？
4.一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是120kg。这个士兵用自动步枪在2s内沿水平方向连续射出10发子弹，每发子弹的质量是10g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是800m/s。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。
（1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？
（2）连续射击后皮划艇的速度是多大？
（3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？

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