第一章 第6节 反冲-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第6节　反冲 1．通过实验认识反冲运动，能举出反冲运动的实例，知道火箭的发射是反冲现象。 2．能结合动量守恒定律对常见的反冲现象作出解释。 3．了解我国航天事业的巨大成就，增强对我国科学技术发展的自信。 1．物理观念：动量守恒定律在反冲运动中的应用，知道火箭的飞行原理。 2．科学思维：明确反冲运动问题的处理方法，认识反冲运动和碰撞的关系。 3．科学探究：火箭的工作原理。 4．科学态度和责任：了解反冲运动在航天航空中的应用，了解我国宋代的发明“火箭”，增强民族自豪感。 　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的方向运动。这个现象叫作反冲。 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)反冲过程中，相互作用力常为变力，且作用力大，通常可以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转化为机械能，所以系统的总动能增加。 3．反冲现象的应用 火箭、灌溉喷水器、反击式水轮机等都是利用反冲来工作的。 　火箭的发射 1．工作原理：利用反冲的原理，火箭燃料仓的燃料燃烧产生的燃气从尾部喷管高速喷出，燃气对火箭的反作用力把火箭推向前方。 2．影响火箭获得最大速度的两个条件 (1)向后的喷气速度。 (2)质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。 喷气速度越大，质量比越大，最终速度就越大。 3．现代火箭的主要用途：可以发射洲际导弹、人造卫星、宇宙飞船等。 [课前小练] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)喷气式飞机的运动属于反冲运动。(√) (2)直升机的运动属于反冲运动。(×) (3)在反冲现象中，由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能，所以反冲现象中系统的总动能增大。(√) (4)火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。(√) (5)在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以火箭箭体和燃料总动量守恒。(√) 2．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＝2100 kg，当它以对地速度为v0＝840 m/s喷出质量为Δm＝100 kg的高温气体后，火箭对地速度为(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 解析：B　喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计，可知在火箭发射的过程中二者组成的系统竖直方向的动量守恒，以喷出气体的速度方向为正方向，由动量守恒定律得Δmv0＋(M－Δm)v＝0，解得v＝－42 m/s，故B正确，ACD错误。故选B。 3．如图所示，装有炮弹的火炮总质量为m1，炮弹的质量为m2，炮弹射出炮口时对地的速率为v0，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为(设水平面光滑)(　　) A.v0 B． C. D． 解析：C　火炮发射炮弹的过程中水平方向动量守恒，以向右为正方向，根据动量守恒定律得m2v0cos θ－(m1－m2)v＝0，解得v＝。故选C。 　反冲运动的特点 [思考探究] 在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时气球向相反的方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空。气球、窜天猴的运动方向与它们喷出气体的方向有什么关系？促使气球和窜天猴运动的施力物体是谁？若将它们放在真空的环境中，上述现象是否还能发生？ 提示：气球、窜天猴的运动方向与它们喷出气体的方向相反；促使气球和窜天猴运动的施力物体是它们喷出的气体；若将它们放在真空的环境中，上述现象仍能发生。 [思维深化] 1．反冲运动的特点和规律 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动，一般情况下，系统动量守恒，或系统在某一方向上动量守恒。 (2)物体间发生相互作用时，有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加，作用力和反作用力都做正功。 2．处理反冲运动应注意的问题 (1)速度的方向 对于原来静止的整体，抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反。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，则反方向的速度应取负值。 (2)相对速度问题 在反冲运动中，有时遇到的速度是两物体的相对速度。此类问题中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。 (3)变质量问题 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，气体喷出时的速度v＝1000 m/s，设火箭的质量为M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，求。 (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