16.5 反冲运动　火箭-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

16.5 反冲运动　火箭 学习目标 1．了解反冲运动的动量守恒； 2．明确反冲运动问题的处理方法，巩固前面所学知识； 3．了解反冲运动在航天航空中的应用。 重点：1．反冲运动的原理及遵循的力学规律。 难点：1．火箭的原理及其应用。 知识点一、反冲运动 1．反冲运动：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，另外一个部分必然向相反方向运动，这个现象叫反冲运动。 2．特点 （1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 （2）反向运动中， 相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。 【题1】假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是 A．向后踢腿　　 B．手臂向后甩 C．在冰面上滚动 D．脱下外衣水平抛出 3．反冲运动遵循的规律 （1）反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的总动量是守恒的。 （2）反冲运动中，以下三种情况均可应用动量守恒定律解决 ①系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。 ②系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。 ③系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以在该方向上应用动量守恒定律。 4．分析反冲运动应注意的问题 （1）速度的反向性问题：对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。 如质量为M的物体以对地速度v抛出一个质量为m的物体，研究剩余部分M－m对地反冲速度时，设v的方向为正。 列出的方程式为 mv＋（M－m）v′＝0，得v′＝－v。 由于v′为待求速度，事先可不考虑其方向，由计算结果为负值，表示剩余部分的运动方向与抛出部分速度方向相反。 由于我们已明确剩余部分与抛出部分反向，因此可直接列出两部分动量大小相等方程。即上例可列式为mv＝（M－m）v′，v′＝ v。其中v′为剩余部分的速率。 （2）相对速度问题：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度，通常为对地的速度。因此应先将相对速度转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程。 【题2】如图所示，自行火炮连同炮弹的总质量为M，当炮管水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮的速度变为v2，仍向右行驶。则炮弹相对炮筒的发射速度v0为 A．　 B． C． D． 【特别提醒】此题考查动量守恒定律在反冲运动中的应用。解题的关键是动量守恒方程中各速度均应是对同一参考系（对地）的速度。v1、v2是对地的速度，而炮弹的发射速度v0则是指炮弹出膛的时刻对此时炮口的相对速度。注意此时刻是发射结束的时刻，炮口的速度为v2，而不是发射前的v1.所以出膛时炮弹对地的速度为v2＋v0。 选项A错在将v0当作炮弹对地的速度；选项C错在求合速度，即将炮弹对地速度错认为v0－v2；对于选项D，由于v0是发射结束时刻的，而t1则是发射前时刻的，不同时刻的速率是不能合成的。而选项D，恰好错在将不同时刻的两个分速度合成为v0＋v1；另外还需要注意过程前后物体质量与速度的对应，防止混乱。 【题3】一炮弹在飞行到距离地面5 m 高时仅有水平速度v＝2 m/s，爆炸成为甲、乙两块水平飞出，甲、乙的质量比为3∶1，不计质量损失，取重力加速度g＝10 m/s2，则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是 （3）变质量问题：在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动，如在火箭的运动过程中，随着燃料消耗，火箭本身的质量不断减小，此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。 5．反冲运动的应用实例 （1）利用有益的反冲运动：反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出，使转轮由于反冲而旋转，从而带动发电机发电。喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速度，等等。 （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。 【题4】某学习小组在探究反冲运动时，将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δ