(讲义)第1章 6.反冲现象 火箭-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

6.反冲现象　火箭

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做出解释。

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。

　反冲现象

1．定义：原来静止的系统在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分向相反方向运动的现象。

提醒　被分离的一部分物体既可以是高速喷射出的液体、气体，也可以是固体。

2．规律：反冲现象中，系统内力很大，外力可忽略，满足动量守恒定律。

3．反冲现象的防止及应用

(1)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。

(2)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。

两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5 m时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m，跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳，结果却掉到了水里。

问题1　这位同学为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？

提示：这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动量守恒定律。在她向前跳起瞬间，船要向后运动。

问题2　这种现象属于什么物理现象？

提示：反冲现象。

1．反冲运动的特点

(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。

(2)在反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理。

(3)在反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总机械能增加。

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来进行研究。

【典例1】　(2022·江苏泰州中学期中)章鱼是一种温带软体动物，生活在水中。一只悬浮在水中的章鱼，当外套膜吸满水后，它的总质量为M，突然发现后方有一只海鳗，章鱼迅速将体内的水通过短漏斗状的体管在极短时间内向后喷出，喷射的水力强劲，从而迅速向前逃窜。若喷射出的水的质量为m，喷射速度的大小为v0，则下列说法正确的是(　　)

A．章鱼喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统机械能守恒

B．章鱼喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统动量增加

C．章鱼喷水后瞬间逃跑的速度大小为v0

D．章鱼喷水的过程中受到水的冲量大小为

[思路点拨]　本题的研究对象是章鱼和喷出的水，注意章鱼喷水时要消耗自身的能量，同时还要注意速度的矢量性和相对性。

C　[在章鱼喷水的过程中，章鱼的生物能转化为机械能，系统机械能增加，选项A错误；章鱼喷水过程所用的时间极短，内力远大于外力，章鱼和喷出的水组成的系统动量守恒，选项B错误；取章鱼前进的方向为正方向，由动量守恒定律得0＝(M－m)v－mv0，可得章鱼喷水后瞬间逃跑的速度大小为v＝v0，选项C正确；章鱼喷水的过程中受到水的冲量大小等于喷出的水的动量大小，即为mv0，选项D错误。]

　反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处，相互作用力常为变力，且作用力大，一般都满足内力≫外力，所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。

[跟进训练]

1．(2022·江苏如东中学等四校联考)一个士兵在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量为M，这个士兵用自动步枪沿水平方向射出一发质量为m的子弹，子弹离开枪口时相对步枪的速度为v，射击前皮划艇是静止的，则射出子弹后皮划艇的速度为(　　)

A．　　　 B．

C． D．

B　[子弹与皮划艇组成的系统动量守恒，以子弹的速度方向为正方向，以地面为参考系，设皮划艇的速度为v1，则子弹的速度为v－v1，由动量守恒定律得m(v－v1)－(M－m)v1＝0，解得v1＝，选项B正确。]