第1章 第6节 反冲现象 火箭（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第一册（人教版 2019）

第6节　反冲现象　火箭 [学习目标]　1.通过实验认识反冲现象，知道火箭的飞行原理(物理观念).2.会应用动量守恒定律解决有关反冲问题(科学态度与责任)． 知识点一　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方向运动的现象． 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)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理． 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． 知识点二　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2 000～5 000 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． 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． 1．判断下列说法的正误． (1)公园里的湖面上有一条小船静止，一人站在船头，现在人开始走向船尾，则小船会沿船头方向前进．(　√　) (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．(　√　) (3)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．(　×　) (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的作用结果．(　×　) 2．甲、乙两船的质量均为m，都静止在平静的湖面上，现甲船中质量为m的人，以对地的水平速度从甲船跳到乙船，再从乙船跳到甲船，经n次跳跃后，人停在乙船上．不计水的阻力，则甲、乙(包括人)两船动量大小之比为1∶1，甲、乙(包括人)两船的动能之比为3∶2. 考点一　对反冲现象的理解 【情境导学】 仔细观察下列图片，思考气球、章鱼、乌贼运动时应用了什么物理原理？ 　 答案　反冲原理 【知识拓展】 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，系统不受外力或内力远大于外力，遵循动量守恒定律或在某一方向上动量守恒． (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：对于原来静止的系统，可任意规定系统内某一部分的运动方向为正方向，则反方向运动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，将各速度转换成相对同一参考系的速度，再列动量守恒方程． 【例题1】 火箭相对地面匀速飞行的速度为v0，某时刻的总质量为M，现火箭发动机向后喷出气体，若每次喷出的气体质量恒为m，相对于火箭的速度大小恒为u，不计空气阻力和地球引力，求第二次气体喷出后火箭的速度为多大． 思维导引：速度u是相对于火箭的，而不是相对于地面的，不能直接代入动量守恒公式，一般需转换为相对于地面的速度后再代入动量守恒公式求解． 解析　火箭与被喷气体组成的系统不受外力作用，动量守恒．以v0方向为正方向，设喷出第一次气体、第二次气体后火箭速度分别为v1、v2，应用动量守恒定律，对第一次喷气过程有Mv0＝(M－m)v1＋m(v1－u)， 对第二次喷气过程有(M－m)v1＝(M－2m)v2＋m(v2－u)， 两式联立解得火箭喷出第二次气体后的速度为 v2＝v0＋＋. 答案　v0＋＋ 【变式1】 如图所示，反冲小车静止放在水平光滑玻璃板上，点燃酒精灯，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动．如果小车运动前的总质量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，求小车的反冲速度．(小车一直在水平方向运动) 解析　(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零．以橡皮塞水平运动的方向为正方向 根据动量守恒定律有0＝mv＋(M－m)v1， 解得v1＝－v＝－×2.9 m/s＝－0.1 m/s， 负号表示小车运动方向与橡皮塞水平运动的方向相反，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mv′cos 60°＋(M－m)v1′＝0， v1′＝－＝－ 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. 答案　(1