第1章 第6节 反冲（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第6节　反　冲 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解反冲现象，知道反冲现象的产生原因． 2．知道火箭的发射原理，学会应用动量守恒定律分析火箭发射的问题． 3．学会建立反冲运动模型，能结合动量守恒定律解决反冲问题． 1.物理观念：反冲现象． 2．科学思维：将火箭发射、炮弹发射等抽象为反冲运动模型，应用动量守恒定律解决问题． 3．科学态度与责任：关注我国航天事业的发展，树立热爱科学、勇于探索的世界观． 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，这个现象叫作反冲． 2．特点 (1)物体的不同部分向相反方向运动． (2)反冲过程中，相互作用力较大，一般内力远大于外力，通常可以用动量守恒定律来处理． 3．反冲的应用 (1)灌溉喷水器：当水从弯管的两个喷口喷出时，弯管受到水的反冲而绕中心轴旋转． (2)火箭、喷气式飞机：靠喷出的高速气流的反冲作用而获得巨大的速度． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)只有系统合外力为零的反冲运动才可以用动量守恒定律来处理．(×) (2)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．(√) 1．工作原理：利用反冲原理，火箭燃料燃烧产生的急剧膨胀的燃气从尾部高速喷出时，燃气对火箭的反作用力把火箭推向前方． 2．构造(主要有两大部分)：箭体和燃料． 3．特点：箭体和喷出的燃料气体满足动量守恒定律． [思考] 如图所示，搭载“天舟二号”货运飞船的“长征七号遥三”运载火箭在发射场点火发射． (1)“长征七号遥三”运载火箭升空过程中的运动是一种什么运动？ (2)“长征七号遥三”运载火箭运动过程中是否满足动量守恒定律？ 提示　(1)“长征七号遥三”运载火箭升空过程中的运动是一种反冲运动． (2)“长征七号遥三”运载火箭运动过程中内力远大于外力，所以满足动量守恒定律． 探究点一　反冲运动的理解和讨论 (1)反冲运动过程中，动量守恒吗？为什么？ 提示　守恒．反冲运动是系统内力作用的结果，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)假设在月球上建一个飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机？ 提示　应配置喷气式飞机．喷气式飞机利用反冲原理获得速度，可以在真空中飞行；而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行． 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远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理． (3)反冲运动中，由于有其他形式的能(如燃料的化学能)转化为系统的机械能，因此系统的机械能增加． 2．研究反冲运动应注意的三个问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，当被抛出部分具有速度v1时，剩余部分做反冲运动的速度v2方向必然与v1的相反．根据动量守恒定律列方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向运动的这一部分的速度就要取负值． (2)速度的相对性：在反冲运动的问题中，有时已知条件中告知的速度是相互作用的两物体的相对速度．但是动量守恒定律中要求速度是对同一惯性参考系的速度(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，再根据动量守恒定律列式． (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，随着燃料的消耗，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． 一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时对地的速度v＝1 000 m/s，设原来静止的火箭(包括燃料)的质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次． (1)当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大？ (2)运动第1 s末，火箭的速度为多大？ 解析　解法一：(1)喷出气体的运动方向与火箭的运动方向相反，气体和火箭系统动量守恒． 设第一次气体喷出后火箭的速度为v1， 有(M－m)v1－mv＝0，所以v1＝ 设第二次气体喷出后，火箭速度为v2， 有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1， 所以v2＝ 第三次气体喷出后，火箭速度为v3， 有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2， 所以v3＝＝ m/s≈2 m/s. (2)由(1)中推导可知，设第n次气体喷出后，火箭速度为vn，有 (M－nm)vn－mv＝[M－(n－1)m]vn－1 所以vn＝ 因为每秒喷气20次，所以第1 s末火箭速度为 v20＝＝ m/s ≈13.5 m/s. 解法二：(1)设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对象，根据动量守恒定律，得 (M－3m)v3－3mv＝