資源簡介

(共74張PPT)
復(fù)習(xí)任務(wù)群一
現(xiàn)代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新”　打通應(yīng)考之“脈”
第一章 動(dòng)量守恒定律
6．反沖現(xiàn)象　火箭
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1．通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)反沖運(yùn)動(dòng)，能舉出反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，知道火箭的發(fā)射是反沖現(xiàn)象。2．能結(jié)合動(dòng)量守恒定律對(duì)常見的反沖現(xiàn)象做出解釋。3．了解我國航天事業(yè)的巨大成就，增強(qiáng)對(duì)我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的自信。
[教用·問題初探]——通過讓學(xué)生回答問題來了解預(yù)習(xí)教材的情況
問題1　噴氣式飛機(jī)和火箭的飛行應(yīng)用了什么原理？
問題2　反沖運(yùn)動(dòng)中系統(tǒng)的機(jī)械能如何變化？
問題3　你還可以舉出生活中哪些反沖現(xiàn)象的例子？
探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成
【鏈接教材】　如人教版教材P26圖1.6-2乙所示，把彎管裝在可旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部。當(dāng)水從彎管流出時(shí)，容器就旋轉(zhuǎn)起來。
知識(shí)點(diǎn)一　反沖現(xiàn)象
問題1　這種現(xiàn)象利用了什么原理？
提示：反沖原理。
問題2　水和容器增加的動(dòng)能來自哪里？
提示：水和容器增加的動(dòng)能是由水的重力勢能轉(zhuǎn)化來的。
【知識(shí)梳理】　
1．定義：原來靜止的系統(tǒng)在____的作用下分裂為兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分向____方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。
提醒：被分離的一部分物體既可以是高速噴射出的液體、氣體，也可以是固體。
2．規(guī)律：反沖現(xiàn)象中，系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，滿足_____________。
內(nèi)力
相反
動(dòng)量守恒定律
3．反沖現(xiàn)象的防止及應(yīng)用
(1)防止：用槍射擊時(shí)，由于槍身的反沖會(huì)影響射擊的_______，所以用槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。
(2)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(shí)，一邊噴水一邊____。
準(zhǔn)確性
旋轉(zhuǎn)
【思考討論】　點(diǎn)燃“竄天猴”的藥捻，“竄天猴”向下噴出氣體，同時(shí)“竄天猴”飛向高空。
問題1　反沖運(yùn)動(dòng)的物體受力有什么特點(diǎn)？
提示：物體的不同部分受相反的作用力，在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。
問題2　反沖運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)的動(dòng)量、機(jī)械能有什么變化？
提示：反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力，所以系統(tǒng)的動(dòng)量守恒；反沖運(yùn)動(dòng)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。
問題3　禮花在空中爆炸后，為什么會(huì)散開形成美麗的對(duì)稱圖案？
提示：在禮花爆炸的瞬間，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的。雖然每個(gè)顏料的速度和方向可能不同，但它們共同組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這種動(dòng)量守恒的特性使得顏料顆粒在空中呈現(xiàn)出一種有序的分布狀態(tài)，進(jìn)而形成對(duì)稱的圖案。
【知識(shí)歸納】
1．反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)
(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。
(2)在反沖運(yùn)動(dòng)中，相互作用力一般較大，通常可以用動(dòng)量守恒定律來處理。
(3)在反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加。
2．處理反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問題
(1)速度的方向
對(duì)于原來靜止的整體，拋出部分與剩余部分的運(yùn)動(dòng)方向必然相反。在列動(dòng)量守恒方程時(shí)，可任意規(guī)定某一部分的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍瑒t反方向的速度應(yīng)取負(fù)值。
(2)相對(duì)速度問題
在反沖運(yùn)動(dòng)中，有時(shí)遇到的速度是兩物體的相對(duì)速度。此類問題中應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后，再列動(dòng)量守恒定律方程。
(3)變質(zhì)量問題
如在火箭的運(yùn)動(dòng)過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象，取相互作用的這個(gè)過程來進(jìn)行研究。
【典例1】　(反沖運(yùn)動(dòng)問題分析)章魚是一種溫帶軟體動(dòng)物，生活在水中。一只懸浮在水中的章魚，當(dāng)外套膜吸滿水后，它的總質(zhì)量為M，突然發(fā)現(xiàn)后方有一只海鰻，章魚迅速將體內(nèi)的水通過短漏斗狀的體管在極短時(shí)間內(nèi)向后噴出，噴射的水力強(qiáng)勁，從而迅速向前逃竄。若噴射出的水的質(zhì)量為m，噴射速度的大小為v0，則下列說法正確的是(　　)
A．章魚噴水的過程中，章魚和噴出的水組成的系統(tǒng)機(jī)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(tǒng)動(dòng)量增加
C．章魚噴水后瞬間逃跑的速度大小為v0
D．章魚噴水的過程中受到水的沖量大小為
√
思路點(diǎn)撥：本題的研究對(duì)象是章魚和噴出的水，注意章魚噴水時(shí)要消耗自身的能量，同時(shí)還要注意速度的矢量性和相對(duì)性。
C　[在章魚噴水的過程中，章魚的生物能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，系統(tǒng)機(jī)械能增加，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；章魚噴水過程所用的時(shí)間極短，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，章魚和噴出的水組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；取章魚前進(jìn)的方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得0＝(M－m)v－mv0，可得章魚噴水后瞬間逃跑的速度大小為v＝v0，選項(xiàng)C正確；章魚噴水的過程中受到水的沖量大小等于噴出的水的動(dòng)量大小，即為mv0，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
規(guī)律方法　反沖運(yùn)動(dòng)和碰撞、爆炸有相似之處，相互作用力常為變力，且作用力大，一般都滿足內(nèi)力 外力，所以反沖運(yùn)動(dòng)可用動(dòng)量守恒定律來處理。
【典例2】　(人教版P28T2改編)(反沖運(yùn)動(dòng)的計(jì)算)噴氣背包作為航天員艙外活動(dòng)的主要?jiǎng)恿ρb置，它能讓航天員保持較高的機(jī)動(dòng)性。如圖所示，一個(gè)連同裝備總質(zhì)量M＝100 kg的航天員，裝備內(nèi)有一個(gè)噴嘴可以使壓縮氣體以相對(duì)于空間站v＝50 m/s的速度噴出。航天員在距離空間站s＝45 m處與空間站處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，航天員完成太空行走任務(wù)后，必須向著返回空間站方向的反方向釋放壓縮氣體，才能回到空間站，噴出的氣體總質(zhì)量m＝0.15 kg，返回時(shí)間約為(　　)
A．300 s　　B．400 s　　C．600 s　　D．800 s
√
C　[因m M，則噴出的氣體的質(zhì)量可忽略不計(jì)，取噴出的氣體速度方向?yàn)檎较颍鶕?jù)動(dòng)量守恒定律可得mv－Mv1＝0，航天員勻速返回空間站所需要的時(shí)間t＝，聯(lián)立得t＝600 s。]
【鏈接教材】　如人教版教材P27圖1.6-5所示是多級(jí)運(yùn)載火箭的示意圖，發(fā)射時(shí)，先點(diǎn)燃第一級(jí)火箭，燃料用完后，空殼自動(dòng)脫落，然后下一級(jí)火箭開始工作。
知識(shí)點(diǎn)二　火箭
問題1　火箭點(diǎn)火后能加速上升的動(dòng)力是什么力？
提示：燃燒產(chǎn)生的氣體高速向下噴出，氣體產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)火箭加速上升。
問題2　要提升運(yùn)載物的最大速度可采用什么措施？
提示：提高氣體噴射速度，增加燃料質(zhì)量，及時(shí)脫離前一級(jí)火箭空殼。
【知識(shí)梳理】　
1．工作原理：利用____的原理，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵觯够鸺@得巨大速度。
2．影響火箭獲得速度大小的因素
一是_________，二是火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比。噴氣速度_____，質(zhì)量比_____，火箭獲得的速度越大。
提醒：由火箭的工作原理可知，與火箭發(fā)生相互作用的是火箭噴出的燃?xì)猓皇峭饨绲目諝狻?br/>反沖
噴氣速度
越大　
越大
【思考討論】　設(shè)火箭飛行時(shí)在極短時(shí)間Δt內(nèi)噴射的燃?xì)赓|(zhì)量為Δm，噴出燃?xì)夂蟮幕鸺w質(zhì)量是m。研究噴出燃?xì)夂蠡鸺乃俣取?br/>問題1　若噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度是u，與u是噴出的燃?xì)庀鄬?duì)地面的速度，結(jié)果有什么區(qū)別？
提示：以噴氣前火箭為參考系，由動(dòng)量守恒定律得mΔv＋Δmu＝0
解得Δv＝－u
若噴出的燃?xì)庀鄬?duì)地面的速度為u，則根據(jù)動(dòng)量守恒得：m(v＋Δv)＋Δmu＝(Δm＋m)v
解得Δv＝－v
后一種情況求得Δv要大。
問題2　若噴出的燃?xì)庀鄬?duì)地面速度均為u，那么一次相對(duì)地面噴出nΔm的燃料與分n次、每次噴出Δm的燃料，結(jié)果一樣嗎？若噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前的火箭的速度為u，結(jié)果如何呢？
提示：設(shè)火箭噴氣前的總質(zhì)量(包括燃料)為M，相對(duì)地面的速度為v。燃?xì)庀鄬?duì)地面的速度均為u，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故噴出的燃?xì)饪梢岳斫鉃橐淮涡試姵鰊Δm，也可以分n次噴出，每次噴出Δm的燃料，計(jì)算結(jié)果是相同的。(M－nΔm)vn＋nΔmu＝Mv
解得vn＝－ u＋ v
若噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前的火箭的速度為u，一次噴出nΔm的燃?xì)猓?br/>則(M－nΔm)vn＋nΔm(u＋v)＝Mv
解得vn＝－＋v
若分n次噴出，則第一次：(M－Δm)v1＋Δm(u＋v)＝Mv
第二次：(M－2Δm)v2＋Δm(u＋v1)＝(M－Δm)v1
第n次：(M－nΔm)vn＋Δm(u＋vn－1)＝
解得vn＝－。
【知識(shí)歸納】
1．工作原理
應(yīng)用反沖運(yùn)動(dòng)，其反沖過程動(dòng)量守恒。它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度。
2．分析火箭類問題應(yīng)注意的三個(gè)問題
(1)火箭在運(yùn)動(dòng)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(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對(duì)象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。
(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以轉(zhuǎn)換，一般情況要轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度。
(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。
【典例3】　(火箭類反沖問題)設(shè)有一質(zhì)量M＝5 t的火箭，架設(shè)于發(fā)射臺(tái)上，其噴出氣體對(duì)地的速度為1 000 m/s。請(qǐng)估算它至少每秒噴出質(zhì)量為多少的氣體，才能讓火箭開始上升。如果要使火箭以2 m/s2的加速度上升，請(qǐng)估算它每秒應(yīng)噴出多少氣體。(取g＝10 m/s2)
[解析]　設(shè)噴出氣體的質(zhì)量為Δm，以Δm為研究對(duì)象，它在Δt時(shí)間內(nèi)速度由0增至v＝1 000 m/s，設(shè)火箭對(duì)它的作用力為F，由動(dòng)量定理有
FΔt＝Δmv－0
得F＝ v
若要使火箭開始上升，則要求
F≥Mg
即×v≥Mg
＝50 kg/s
即要使火箭開始上升，它至少每秒要噴出50 kg的氣體。
若要使火箭以加速度a＝2 m/s2上升，取火箭為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得F－Mg＝Ma
再取噴出的氣體為研究對(duì)象，有FΔt＝Δmv－0
可得＝60 kg/s
[答案]　50 kg　60 kg/s
規(guī)律方法　火箭類反沖問題解題要領(lǐng)
(1)兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系必須是同一參考系，且一般以地面為參考系。
(2)要特別注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。
(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。
【教用·備選例題】　(相對(duì)速度問題)總質(zhì)量為M的火箭以速度v0飛行，質(zhì)量為m的燃?xì)庀鄬?duì)于火箭以速率u向后噴出，則火箭的速度大小為(　　)
A．v0＋　　 B．v0－
C．v0＋(v0＋u) 　 D．v0＋
A　[設(shè)噴出氣體后火箭的速度大小為v，則燃?xì)獾膶?duì)地速度為(v－u)(取火箭的速度方向?yàn)檎较?，由動(dòng)量守恒定律，得Mv0＝(M－m)v＋m(v－u), 解得v＝v0＋，A項(xiàng)正確。]
√
【思考討論】　如圖所示為一條約為180 kg的小船漂浮在靜水中，當(dāng)人從船尾走向船頭時(shí)，小船也發(fā)生了移動(dòng)，不計(jì)水的阻力。
知識(shí)點(diǎn)三　“人船模型”問題
問題1　小船發(fā)生移動(dòng)的動(dòng)力是什么力？小船向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？
提示：摩擦力。向左運(yùn)動(dòng)，即與人行走的方向相反。
問題2　當(dāng)人走到船頭相對(duì)船靜止時(shí)，小船還運(yùn)動(dòng)嗎？為什么？
提示：不運(yùn)動(dòng)。小船和人組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)人的速度為零時(shí)，船的速度也為零。
問題3　當(dāng)人從船尾走到船頭時(shí)，有沒有可能出現(xiàn)如圖甲或如圖乙的情形？為什么？
提示：不可能。由系統(tǒng)動(dòng)量守恒可知，人和船相對(duì)于地面的速度方向一定相反，不可能向同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比。
【知識(shí)歸納】
1．“人船模型”分析
如圖所示，長為l、質(zhì)量為m船的小船停在靜水中，質(zhì)量為m人的人由靜止開始從船的一端走到船的另一端，不計(jì)水的阻力。以人和船組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，在人由船的一端走到船的另一端的過程中，系統(tǒng)水平方向不受外力作用，所以整個(gè)系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，可得m船v船＝m人v人，因人和船組成的系統(tǒng)動(dòng)量始終守恒，故有m船x船＝m人x人，由圖可看出x船＋x人＝l，可解得x人＝ l，x船＝ l。
2．“人船模型”中的規(guī)律
(1)“人船模型”中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律：由于組成系統(tǒng)的兩物體受到大小相同、方向相反的一對(duì)力，故兩物體速度或位移與質(zhì)量成反比、方向相反。這類問題的特點(diǎn)是兩物體同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止。
(2)“人船模型”中的動(dòng)量與能量規(guī)律：由于系統(tǒng)不受外力作用，故遵守動(dòng)量守恒定律，又由于相互作用力做功，故系統(tǒng)或每個(gè)物體動(dòng)能均發(fā)生變化。用力對(duì)“人”做的功量度“人”動(dòng)能的變化；力對(duì)“船”做的功量度“船”動(dòng)能的變化。
提醒：(1)“人船模型”問題中，兩物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是“人”走“船”行、 “人”停“船”停、“人”快“船”快、“人”慢“船”慢。
(2)x人、x船的大小與人運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。
(3)當(dāng)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒時(shí)，任意一段時(shí)間內(nèi)的平均動(dòng)量也守恒。
【典例4】　(“人船模型”)長為L的小船停在靜水中，質(zhì)量為m的人由靜止開始從船頭走到船尾。不計(jì)水的阻力，船相對(duì)于地面位移的大小為d，則小船的質(zhì)量為(　　)
A． 　 B．
C． 　 D．
√
B　[船和人組成的系統(tǒng)，在水平方向上動(dòng)量守恒，人在船上行進(jìn)，船向后退，設(shè)船的質(zhì)量為M，人的速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得mv－Mv1＝0，人從船頭到船尾，船相對(duì)于地面位移的大小為d，則人相對(duì)于地面的位移為L－d，則有m 解得M＝。]
【教用·備選例題】　(巧選系統(tǒng)問題)如圖所示，人站在車的左端，將一質(zhì)量m＝20 kg的木箱推出，木箱從車的左端開始運(yùn)動(dòng)恰好停在車的右端。已知人和車的總質(zhì)量M＝300 kg(不含木箱的質(zhì)量)，車長L＝3.2 m，車與地面間的摩擦可以忽略。人相對(duì)于車始終靜止且人和木箱都可看作質(zhì)點(diǎn)，則在該過程中，車將左移(　　)
A．0.2 m　　　　　 B．0.5 m
C．0.6 m 　 D．0.8 m
√
A　[人、車和木箱組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則mv1＝Mv2，所以mx1＝Mx2，又有x1＋x2＝L，解得x2＝0.2 m，故選A。]
【典例5】　(人教版P30T8改編)(“人船模型”)如圖所示，質(zhì)量均為m的木塊A和B，并排放在光滑水平面上，A上固定一豎直輕桿，輕桿上端的O點(diǎn)系一長為l的細(xì)線，細(xì)線另一端系一質(zhì)量為m0的球C。現(xiàn)將C球拉起使細(xì)線水平伸直，并由靜止釋放C球。求：
(1)A、B兩木塊分離時(shí)，A、B、C的速度大小。
(2)小球擺到最低點(diǎn)時(shí)木塊A向右移動(dòng)的距離。
思路點(diǎn)撥：小球C向左擺動(dòng)過程中，對(duì)A、B、C組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，小球C擺到最低點(diǎn)時(shí)，木塊A、B之間彈力恰好為零，此時(shí)A、B開始分離。
[解析]　(1)取水平向左為正方向，由動(dòng)量守恒定律得m0vC＋2mvAB＝0
由機(jī)械能守恒得m0gl＝
聯(lián)立解得：vC＝2。
(2)當(dāng)小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，設(shè)小球向左移動(dòng)的距離為x1，物塊向右移動(dòng)的距離為x2，根據(jù)水平方向平均動(dòng)量守恒得：m0，且x1＋x2＝l
解得x2＝。
[答案]　(1)－　－　2　(2)
應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測
1．一人靜止于光滑的水平冰面上，現(xiàn)欲離開冰面，下列方法可行的是 (　　)
A．向后踢腿
B．向后甩手
C．脫下衣服或鞋子水平拋出
D．脫下衣服或鞋子豎直向上拋出
√
C　[以人作為整體為研究對(duì)象，向后踢腿或手臂向前甩，人整體的總動(dòng)量為0，不會(huì)運(yùn)動(dòng)起來，故A、B錯(cuò)誤；把人和外衣、鞋視為一整體，這個(gè)整體動(dòng)量為0，人給外衣或鞋子一個(gè)水平速度，總動(dòng)量不變，所以人有一個(gè)反向的速度，可以離開冰面，故C正確；把人和外衣、鞋視為一整體，這個(gè)整體動(dòng)量為0，人給外衣或鞋子一個(gè)豎直方向的速度，水平方向的總動(dòng)量仍然等于0，所以人仍然靜止，不能離開冰面，故D錯(cuò)誤。]
2．航天員離開空間站太空行走時(shí)，連同裝備共100 kg，在離飛船
60 m的位置與空間站處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，裝備中有一個(gè)高壓氣源，能以50 m/s的速度噴出氣體，為了能在5 min 內(nèi)返回空間站，他需要在開始返回的瞬間至少一次性向后噴出氣體的質(zhì)量是(不計(jì)噴出氣體后航天員和裝備質(zhì)量的變化)(　　)
A．0.10 kg 　 B．0.20 kg
C．0.35 kg 　 D．0.40 kg
√
D　[單位換算5 min＝300 s，航天員在噴出氣體后的最小速度為v＝＝0.2 m/s，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得(M－m)v＝mv0，代入題中數(shù)據(jù)解得m≈0.40 kg。]
3．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)小球從如圖所示的位置無初速度沿內(nèi)壁滾到最低點(diǎn)時(shí)，大球移動(dòng)的距離是 (　　)
A． 　 B．
C． 　 D．
√
B　[由水平方向動(dòng)量守恒有mx小球－2mx大球＝0，又x小球＋x大球＝R，所以x大球＝，選項(xiàng)B正確。]
回歸本節(jié)知識(shí)，完成以下問題：
1．反沖過程中以相互作用的兩部分為系統(tǒng)是否滿足動(dòng)量守恒？
提示：滿足。
2．火箭的工作原理是什么？
提示：反沖原理。
3．應(yīng)用反沖原理分析火箭發(fā)射時(shí)，研究對(duì)象是什么？
提示：箭體和噴出的氣體。
航天員太空行走
太空行走又稱為出艙活動(dòng)，是載人航天的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是載人航天工程在軌道上安裝大型設(shè)備、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、施放衛(wèi)星、檢查和維修航天器的重要手段。要實(shí)現(xiàn)太空行走這一目標(biāo)，需要諸多的特殊技術(shù)保障。
閱讀材料·拓展物理視野
幫助航天員實(shí)現(xiàn)太空行走的是自足式手提機(jī)動(dòng)噴射器。這個(gè)裝置主要由兩個(gè)氧氣儲(chǔ)罐和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器組成，重3.4 kg，其中高壓氧氣推進(jìn)劑重約0.13 kg。它每秒能產(chǎn)生約181 N的推力，速度為1.82 m/s，相當(dāng)于普通人慢跑的速度。該裝置有3個(gè)噴管，2個(gè)噴管對(duì)著后方，1個(gè)噴管對(duì)著前方。開動(dòng)對(duì)著后方的2個(gè)噴管，即可推著航天員向前移動(dòng)，開動(dòng)對(duì)著前方的1個(gè)噴管，即可停止移動(dòng)。
問題
1．航天員太空行走用到的自足式手提機(jī)動(dòng)噴射器的原理是什么？
提示：反沖原理。
2．航天員太空行走速度的快慢和什么有關(guān)？
提示：手提機(jī)動(dòng)噴射器的噴射速度和噴出氣體的質(zhì)量。
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
?題組一　反沖現(xiàn)象
1．下列所描述的事例或應(yīng)用中，沒有利用反沖運(yùn)動(dòng)原理的是(　　)
A．噴灌裝置的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)
B．章魚在水中前行和轉(zhuǎn)向
C．運(yùn)載火箭發(fā)射過程
D．碼頭邊輪胎的保護(hù)作用
課時(shí)分層作業(yè)(五)　反沖現(xiàn)象　火箭
D　[噴灌裝置是利用水流噴出時(shí)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)射時(shí)利用噴氣的方式而獲得動(dòng)力，利用了反沖作用，故A、B、C不符合題意；碼頭邊輪胎的作用是延長碰撞時(shí)間，從而減小作用力，沒有利用反沖作用，故D符合題意。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
2．一同學(xué)在地面上立定跳遠(yuǎn)的最好成績是x(m)，假設(shè)他站在車的A端，如圖所示，想要跳上距離為l(m)遠(yuǎn)的站臺(tái)上，不計(jì)一切阻力，則 (　　)
A．lB．lC．l＝x時(shí)，他一定能跳上站臺(tái)
D．l＝x時(shí)，他有可能跳上站臺(tái)
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
B　[當(dāng)人往站臺(tái)上跳的時(shí)候，人有一個(gè)向站臺(tái)的速度，由于動(dòng)量守恒，車子必然有一個(gè)離開站臺(tái)的速度。這樣的話，人相對(duì)于地面的速度小于立定跳遠(yuǎn)時(shí)的初速度，若l＝x或l >x，人就一定跳不到站臺(tái)上，只有l(wèi)題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
3．我國自主研制的新一代隱身艦載戰(zhàn)斗機(jī)“殲-20”以速度v0水平向右勻速飛行，到達(dá)目標(biāo)地時(shí)，將質(zhì)量為M的導(dǎo)彈自由釋放，導(dǎo)彈向后噴出質(zhì)量為m、對(duì)地速率為v1的燃?xì)猓瑒t噴氣后導(dǎo)彈的速率為(　　)
A．　　　　 B．
C． 　 D．
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A　[取水平向右為正方向，設(shè)噴氣后導(dǎo)彈的速度大小為vx，導(dǎo)彈在噴出燃?xì)馇昂笏查g根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得Mv0＝－mv1＋(M－m)vx，解得vx＝，故A正確。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
?題組二　火箭
4．在火箭點(diǎn)火發(fā)射瞬間，質(zhì)量為m的燃?xì)庖源笮関的速度在很短時(shí)間內(nèi)從火箭噴口噴出。已知發(fā)射前火箭的質(zhì)量為M，則在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的速度大小為(燃?xì)鈬姵鲞^程不計(jì)重力和空氣阻力的影響)(　　)
A．v　　B．2v 　　C．v　　D．v
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D　[以向上為正方向，由動(dòng)量守恒定律可得(M－m)v′－mv＝0，解得v′＝v，D正確。]
√
5．如圖所示，一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)入太空預(yù)定位置，由控制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分離。已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分離后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行，若忽略空氣阻力及分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化，則分離后衛(wèi)星的速率v1為(　　)
A．v0－v2 　 B．v0＋v2
C．v0－v2 　 D．v0＋(v0－v2)
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D　[火箭和衛(wèi)星組成的系統(tǒng)在分離時(shí)水平方向上動(dòng)量守恒，規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得(m1＋m2)v0＝m2v2＋m1v1，解得v1＝v0＋(v0－v2)，D正確。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
?題組三　“人船模型”
6．(多選)如圖所示，載有物資的、總質(zhì)量為M的熱氣球靜止于距水平地面H的高處，現(xiàn)將質(zhì)量為m的物資以相對(duì)地面豎直向下的速度v0投出，物資落地時(shí)與熱氣球的距離為d。熱氣球所受浮力不變，重力加速度為g，不計(jì)阻力。下列說法正確的是(　　)
A．物資落地前，熱氣球與投出的物資組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
B．投出物資后熱氣球做勻速直線運(yùn)動(dòng)
C．d＝
D．d＝H＋H
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
AC　[物資投出之前，物資和熱氣球所受合外力為零，物資投出后，熱氣球和物資所受合外力不變，則系統(tǒng)所受合外力仍為零，物資落地前，熱氣球與投出的物資組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，選項(xiàng)A正確；投出物資后熱氣球所受合外力向上，則熱氣球向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；設(shè)物資落地時(shí)熱氣球上升的高度為h，對(duì)物資和熱氣球組成的系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒定律得(M－m)，解得h＝，則d＝H＋h＝H＋，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
7．如圖所示，物體A和B質(zhì)量分別為m1和m2，其圖示直角邊長分別為a和b。設(shè)B與水平地面無摩擦，當(dāng)A由頂端O從靜止開始滑到B的底端時(shí)，B的水平位移是(　　)
A．b 　 B．b
C．(b－a) 　 D．(b－a)
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[由A、B組成的系統(tǒng)，在相互作用過程中水平方向動(dòng)量守恒，則m2x－m1(b－a－x)＝0，解得x＝，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
8．浮吊船由可在水面上自由移動(dòng)的浮船和船上的起重機(jī)組成，可以在港口內(nèi)將極重的貨物移至需要的地方。如圖所示，某港口有一質(zhì)量為M＝20 t的浮吊船，起重桿OA長l＝8 m。該船從岸上吊起質(zhì)量為m＝2 t的貨物，不計(jì)起重桿的質(zhì)量和水的阻力，開始時(shí)起重桿OA與豎直方向成60°角，當(dāng)轉(zhuǎn)到桿與豎直方向成30°角時(shí)，浮吊船沿水平方向的位移大小約為(　　)
A．0.27 m　　　　　 B．0.31 m
C．0.36 m 　 D．0.63 m
√
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A　[船和貨物組成的系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，起重桿抬起的過程中貨物向右運(yùn)動(dòng)，則船向左運(yùn)動(dòng)，設(shè)船的速度大小為v，貨物在水平方向上的速度大小為v′，取船運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较颍瑒t根據(jù)動(dòng)量守恒定律有Mv－mv′＝0，設(shè)起重桿抬起的過程中貨物向右運(yùn)動(dòng)相對(duì)于靜水的位移大小為x′，船相對(duì)靜水的位移大小為x，所用的時(shí)間為t，則x＝vt，x′＝v′t，聯(lián)立可得，由幾何關(guān)系可得x＋x′＝l(sin 60°－sin 30°)，解得x≈0.27 m。選項(xiàng)A正確。]
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
9．如圖所示，一輛質(zhì)量M＝3 kg的小車A靜止在光滑的水平面上，小車上有一質(zhì)量m＝1 kg的光滑小球B，將一輕質(zhì)彈簧壓縮并鎖定，此時(shí)彈簧的彈性勢能為Ep＝6 J，小球與小車右壁距離為l，解除鎖定，小球脫離彈簧后與小車右壁的碰撞并被粘住，求：

(1)小球脫離彈簧時(shí)，小球和小車各自的速度大小；
(2)在整個(gè)過程中，小車移動(dòng)的距離。
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
[解析]　(1)設(shè)小球脫離彈簧時(shí)，小球的速度大小為v1，小車的速度大小為v2，以小球運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律有mv1－Mv2＝0
小球彈開時(shí)，只有彈力做功，由能量守恒定律有
＝Ep，解得v1＝3 m/s，v2＝1 m/s。
(2)整個(gè)過程中，根據(jù)平均動(dòng)量守恒(“人船模型”)得 和x1＋x2＝l，解得x2＝。
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
[答案]　(1)3 m/s　1 m/s　(2)
10．在光滑的冰面上，放置一個(gè)截面為四分之一圓的半徑足夠大的光滑自由曲面體，一個(gè)坐在冰車上的小孩手扶一球靜止在冰面上。某時(shí)刻小孩將球以大小為v0的速度向曲面推出，如圖所示。已知小孩和冰車的總質(zhì)量為m1＝40 kg，球的質(zhì)量為m2＝2 kg，若小孩將球推出后還能再接到球，求曲面體的質(zhì)量m3應(yīng)滿足的條件。
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
[解析]　設(shè)小孩將球推出后小孩向右運(yùn)動(dòng)的速度大小為v1，以水平向左為正方向，小孩推球過程動(dòng)量守恒，有0＝m2v0－m1v1，從球滾上曲面前到球滾下曲面的過程中，球和曲面體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒、能量守恒，設(shè)球滾下曲面后，球的速度大小為v2，曲面體的速度大小為v3，根據(jù)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律，有
m2v0＝－m2v2＋m3v3
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
解得v2＝v0
若小孩將球推出后還能再接到球，則有v2＞v1
聯(lián)立解得m3＞ kg。
題號(hào)
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
[答案]　m3＞
謝 謝！

展開更多......

收起↑