16.5　反冲运动、火箭-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

【基础知识梳理】 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． 3．反冲现象的应用及防止： (1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转． (2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响． 二、火箭 1．工作原理：利用反冲的原理，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火箭除燃料外的箭体质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大． 三、反冲运动的理解和应用 1．反冲运动的三个特点 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动． (2)反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒． (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加． 2．讨论反冲运动应注意的两个问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，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就要取负值． (2)速度的相对性：反冲问题中，若已知相互作用的两物体的相对速度，应先将相对速度转换成相对地面的速度，再列动量守恒方程． 四、火箭的工作原理分析 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，应用了反冲的原理． 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. 【强调】 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，必须以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、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以转换，一般情况要转换成相对地面的速度． (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向． 五、反冲运动的应用——“人船模型” 1．“人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒． 2．人船模型的特点 (1)两物体满足动量守恒定律：m12＝0. 1－m2 (2)运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右，人、船位移比等于它们质量的反比，即. ＝ 【实例】人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合外力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒，如图所示． 设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间内船后退的距离为x，人相对地面运动的距离为l－x，选船后退方向为正方向，由动量守恒定律有：M＝0 －m 【例题讲解】 一、爆炸问题 1．如图所示，水平地面上紧挨着的两个滑块P、Q之间有少量炸药（质量不计），爆炸后P、Q沿水平地面向左、右滑行的最大距离分别为0.8m、0.2m。已知P、Q与水平地面间的动摩擦因数相同，则P、Q的质量之比m1:m2为（　　） A．1∶2 B．2∶1 C．4∶1 D．1∶4 2．（多选）如图所示，水平地面上紧挨着的两个滑块A、B之间有少量炸药（质量不计），爆炸后A、B沿水平地面向左、右滑行的最大距离分别为1m、4m。已知滑块A的质量为mA=4kg，A、B与水平地面间的动摩擦因数均为μ=0.2，重力加速度g=10m/s2，炸药爆炸释放的化学能全部转化为滑块A、B的动能。下列说法正确的是（　　） A．滑块B的质量为2kg B．滑块B的质量为1kg C．炸药爆炸释放的化学能为16J D．炸药爆炸释放的化学能为24J 3．有人对鞭炮中炸药爆炸的威力产生了浓厚的兴趣，他设计如下实验，在一光滑水平面上放置两个可视为质点的紧挨着的A、B两个物体，它们的质量分别为 、 ，在它们之间放少量炸药，水平面左方有一弹性的挡板水平面右方接一光滑的 竖直圆轨道。开始A、B两物体静止，点燃炸药让其爆炸，物体A向左运动与挡板碰后原速返回，在水平面上追上物体B并与其碰撞后粘在一起，最后恰能到达圆弧最高点，已知圆弧的半径为 ，g取 。求： （1）求AB粘在一起时的速度； （2）炸药