20xx粵教版高中物理選修3-5第一章反沖運(yùn)動-wenkub
2022-12-19 19:15:27 本頁面
【正文】 案 在火箭發(fā)射過程中，由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以動量守恒．取火箭的速度方向?yàn)檎较?，發(fā)射前火箭的總動量為 0，發(fā)射后的總動量為 mv′ － (M－ m)v 則由動量守恒定律得 mv′ － (M－ m)v＝ 0 所以 v′ ＝ M－ mm v＝ ??? ???Mm－ 1 v [要點(diǎn)提煉 ] 1．火箭燃料燃 盡時火箭獲得的最大速度由 噴氣速度 v和質(zhì)量比 Mm(火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比 )兩個因素決定． 2．火箭噴氣屬于 反沖 類問題，是 動量守恒定律 的重要應(yīng)用．在火箭運(yùn)動的過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，對于這一類的問題，可選取火箭本身和在相互作用的時間內(nèi)噴出的全部氣體為研究對象，取相互作用的整個過程為研究過程，運(yùn)用動量守恒的觀點(diǎn)解決問題． 三、 “ 人船模型 ” 探究 1．兩物體滿足動量守恒定律： m1 v 1－ m2 v 2＝ 0. 2．運(yùn)動特點(diǎn)：人動船 動 ，人靜船 靜 ，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 x1x2＝v 1v 2＝ Mm. 3．應(yīng)用此關(guān)系時要注意一個問題：即公式中 v、 v 和 x一般都是相對 地面 而言的． 一、反沖運(yùn)動的應(yīng)用 例 1 反沖小車靜止放在水 平光滑玻璃上，點(diǎn)燃酒精，水蒸氣將橡皮塞水平噴出，小車沿相反方向運(yùn)動．如果小車的總質(zhì)量 M＝ 3 kg，水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量 m＝ kg. (1)若橡皮塞噴出時獲得的水平速度 v＝ m/s，求小車的反沖速度． (2)若橡皮塞噴出時速度大小不變，方向與水平方向成 60176。M－ m ＝－ － m/s＝－ m/s 負(fù)號表示小車運(yùn)動方向與橡皮塞運(yùn)動的方向相反，反沖速度大小是 m/s. 答案 (1) m/s，方向與橡皮塞運(yùn)動的方向 相反 (2) m/s，方向與橡皮塞運(yùn)動的方向相反 二、火箭問題分析 例 2 一火箭噴氣發(fā)動機(jī)每次噴出 m＝ 200 g 的氣體，氣體離開發(fā)動機(jī)時速度 v＝ 1 000 m/s，設(shè)火箭質(zhì)量 M＝ 300 kg，發(fā)動機(jī)每秒噴氣 20 次，求： (1)當(dāng)?shù)?3次氣體噴出后，火箭的速度多大？ (2)運(yùn)動第 1 s末，火箭的速度多大？ 解析 由于每次噴氣速度都一樣，可選整體為研究對象，運(yùn)用動量守恒來求解． (1)設(shè)噴出 3 次氣體后火箭的速度為 v3，以火箭和噴出的 3次氣體為研究對象，根據(jù)動 量守恒定律可得 (M－ 3m)v3－ 3mv＝ 0 解得 v3＝ 3mvM－ 3m≈2 m/s (2)以火箭和噴出的 20次氣體為研究對象，根據(jù)動量守恒可得 (M－ 20m)v20－ 20mv＝ 0 得 v20＝ 20mvM－ 20m≈ m/s 答案 (1)2 m/s (2) m/s 三、 “ 人船模型 ” 應(yīng)用 例 3 如圖 1所示， 圖 1 長為 L、質(zhì)量為 M的小船停在靜水中，質(zhì)量為 m的人從靜止開始從船頭走到船尾，不計(jì)水的阻力，求船和人相對地 面的位移各為多少？ 解析 設(shè)任一時刻人與船速度大小分別為 v v2，作用前都靜止．因整個過程中動量守恒，所以有 mv1＝ Mv2 而整個過程中的平均速度大小為 v1 、 v2 ，則有 m v1 ＝ M v2 . 兩邊乘以時間 t有 m v1 t＝ M v2 t，即 ms1＝ Ms2. 且 s1＋ s2＝ L，可求出 s1＝ Mm＋ M L， s2＝ mm＋ M L.
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