第6课时 反冲运动 -【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019）

第6课 反冲运动 火箭 ( 学习目标 ) 课程标准 学习目标 体会用动量守恒定律分析物理问题的方法，体会自然界的和谐与统一。 1．认识反冲现象。 2．理解反冲运动遵循的规律，会解决人船模型问题。 3．理解火箭的原理。 ( 0 2 预习导学 ) （一）课前阅读： 当大多数人想到马达或发动机时，会认为它们与旋转有关。例如，汽车里的往复式汽油发动机会产生转动能量以驱动车轮。电动马达产生的转动能量则用来驱动风扇或转动磁盘。蒸汽发动机也用来完成同样的工作，蒸汽轮机和大多数燃气轮机也是如此。 火箭发动机则与之有着根本的区别。它是一种反作用力式发动机。火箭发动机是以一条著名的牛顿定律作为基本驱动原理的，该定律认为“每个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。火箭发动机向一个方向抛射物质，结果会获得另一个方向的反作用力。 开始时您可能很难理解“抛射物质，获得反作用力”这个概念，因为这好像和真实情况不大一样。火箭发动机似乎只会发出火焰和噪音，制造压力，而与“抛射物质”没什么关系。我们来看几个例子，以便更好地了解真实情况： 如果您曾经使用过猎枪，特别是那种12铅径的大猎枪，那么您就知道它会产生巨大的“撞击力”。也就是说，当您开枪时，猎枪会狠狠地向后“撞击”您的肩膀。这种撞击力就是反作用力。猎枪将31.1克的金属以大约1120公里/小时的速度沿某个方向发射出去，同时您的肩膀会受到反作用力的撞击。如果您开枪时穿着轮滑鞋或站在滑雪板上，枪会起到类似于火箭发动机的作用，反作用力会使您向相反的方向滑动。 如果您见过粗大的消防水管喷水的场景，可能会注意到消防员要花很大的力气才能抓住它（有时您会看到有两名或三名消防员手持同一根消防水管）。水管发生的情况与火箭发动机类似。水管向一个方向喷水，消防员们则运用自身的力量和重量来克服反作用力。如果他们放开水管，那么水管会劲头十足地四处乱撞。如果消防员全都站在滑雪板上，水管将推动他们以极快的速度向后移动。 如果您吹起一个气球，然后放开它，那么它会满屋子乱飞，直到里面的空气漏光为止，这就是您制造的火箭发动机。在这种情况下，被抛射出去的是气球中的空气分子。与许多人的想法不同，空气分子其实是有质量的（请查看有关氦的页面，以便更好地了解空气质量的问题）。如果您让空气从气球的喷口中喷出来，气球的其余部分则会向相反的方向运动。 （二）基础梳理 一、反冲运动 反冲运动的三点说明 作用原理 反冲运动是系统内两物体之间的作用力和反作用力产生的效果 动量守恒 反冲运动中系统不受 或内力 外力矢量和，所以反冲运动遵循 机械能增加 反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总机械能 【概念衔接】作用力与反作用力、反冲 【拓展补充】狭义的反冲运动指的是原来静止的物体，仅在内力作用下分成两部分。 【即学即练】我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射首颗X射线调制望远镜卫星“慧眼”．假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，总质量为M＝2 100 g．当它以对地速度为v0＝840 m/s喷出质量为Δm＝100 g的高温气体后，火箭的对地速度为(喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计)(　　) A．42 m/s B．－42 m/s C．40 m/s D．－40 m/s 【微点拨】注意方向 二、火箭 1.火箭的原理 火箭的工作原理是 运动，其反冲过程 守恒，它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得 的速度。 2.影响火箭获得速度大小的因素 ①喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度 约为 m/s。 ②火箭的质量比：指火箭起飞时的质量与 之比，决定于火箭的结构和材料。现代火箭的质量比一般小于 。 喷气速度 ，质量比 ，火箭获得的速度 。 【概念衔接】喷气式飞机 【拓展补充】火箭获得的最终速度 火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1，如图所示，燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？ 在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以动量守恒。 发射前的总动量为0，发射后的总动量为 mv－(M－m)v1(以火箭的速度方向为正方向) 则mv－(M－m)v1＝0 所以v＝(－1)v1 燃料燃尽时火箭获得的最终速度由喷气速度及质量比M/m决定。 【即学即练】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的速度v＝1 000 m/s.设火箭(包括燃料)质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次． (1)当发动机第三次喷出气体后，火箭的速度为多大？ (2)运动第1 s末，火箭的速度为多大？ 【微点拨