1.3.2 反冲现象与火箭的发射-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（教科版选修3-5）

课时2　反冲现象与火箭的发射 [学习目标]　1.了解反冲运动及反冲运动的典型事例.2.能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题.3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素． 一、反冲现象 1．定义 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动的现象． 2．规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，满足动量守恒定律． 二、火箭 1．工作原理：利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得巨大的向前的速度． 2．影响火箭获得速度大小的两个因素 (1)喷气速度：现代火箭的喷气速度为2 000～4 000 m/s. (2)质量比：火箭起飞时的质量与燃料燃尽时的质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大． 3．现代火箭的主要用途：利用火箭作为运载工具，如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等． [即学即用] 1．判断下列说法的正误． (1)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果．(　√　) (2)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析．(　×　) (3)反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子．(　√　) (4)火箭点火后离开地面加速向上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果．(　×　) (5)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行．(　√　) 2．如图1所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为α，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，则炮车向后反冲的速度大小为v＝________. 图1 答案　 解析　取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒．炮弹发射前，系统的总动量为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos α，根据动量守恒定律有：mv0cos α－Mv＝0 所以炮车向后反冲的速度大小为v＝. 一、反冲运动的理解和应用 例1　反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动．如果小车原来的总质量M＝3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量m＝0.1 kg，水蒸气质量忽略不计． (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v＝2.9 m/s，求小车的反冲速度； (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向成60°角，小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)? 答案　(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反 (2)0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反 解析　(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，初始状态系统总动量为零． 以橡皮塞运动的方向为正方向 根据动量守恒定律，mv＋(M－m)v′＝0 v′＝－v＝－×2.9 m/s＝－0.1 m/s[来源:Zxxk.Com] 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是0.1 m/s. (2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒． 以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有 mvcos 60°＋(M－m)v″＝0 v″＝－＝－ m/s＝－0.05 m/s 负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的水平分运动方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s. 针对训练　“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”，爆竹声响是辞旧迎新的标志，是喜庆心情的流露．有一个质量为3m的爆竹斜向上抛出，到达最高点时速度大小为v0、方向水平向东，在最高点爆炸成质量不等的两块，其中一块质量为2m，速度大小为v，方向水平向东，则另一块的速度是(　　) A．3v0－v B．2v0－3v C．3v0－2v D．2v0＋v 答案　C 解析　在最高点水平方向动量守恒，以水平向东为正方向，由动量守恒定律可知，3mv0＝2mv＋mv′，可得另一块的速度为v′＝3v0－2v，故C正确． 二、火箭的工作原理分析 [导学探究] 1．火箭飞行的工作原理是什么？ 答案　火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理． 2．设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v′. 答案　在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒．取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv′－(M－m)v 则由动量守恒定律得0＝mv′－(M－m)v 所以v′＝v＝v. [知识深化] 1．火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用． 2．分析火箭类问题应注意的三个问题 (1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象．注意反冲前、后各物体质量的变化． (2)明确两部分物体初、