第一章 6 反 冲-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

6　反　冲 [学习目标] 1.了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用。 2.能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题。 3.知道火箭的飞行原理,了解我国航天技术的发展。 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的方向运动的现象。 2.特点 反冲过程中相互作用力常为变力,且作用力大,一般都满足内力远大于外力,可以用动量守恒定律来处理。 3.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。 知识点二　火箭的发射 1.工作原理 利用反冲运动,火箭燃料舱内燃料被点燃后,产生急剧膨胀的燃气,舱壁对这部分燃气的作用力使气体从火箭尾部高速喷出,燃气对火箭的反作用力把火箭推向前方。 2.影响火箭所能获得最大速度的因素 (1)喷气速度。 (2)质量比:指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,火箭获得的速度越大。 1.思考判断 (1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等,方向相反。(　√　) (2)火箭点火后离开地面向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果。(　×　) (3)在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行。(　√　) (4)火箭发射时,火箭获得的机械能来自燃料燃烧释放的化学能。(　√　) 2.思维探究 (1)把一个气球吹起来,用手捏住气球的吹气口,然后突然放开,让气体喷出,简述观察到的现象,为什么会产生此现象? 答案:气体向后运动,气球向前运动。因为气球内的气体喷出时对气球有反作用力。 (2)如图所示为火箭发射过程中的几个瞬间,图甲是火箭点火开始飞行的瞬间,图乙是助推器分离的瞬间,图丙是火箭一、二级分离的瞬间。现代使用的航天火箭几乎都分成几级。在使用时,总是让第一级火箭先燃烧,当燃尽了全部推进剂以后,就被丢弃并点燃第二级火箭…… 那么,为什么火箭要这样分级制造呢? 答案:分级火箭有利于提高火箭的最终速度。 要点一　对反冲运动的理解 取一个玻璃药瓶或一个一端有孔的蛋壳,在其盖上(或蛋壳上)钻一小孔(瓶盖与瓶子需密封),再取一块厚泡沫塑料,参照图做成船的样子,并在船上挖一凹坑,以容纳盛酒精的容器(可用金属瓶盖)。用两段铁丝,弯成环状以套住瓶的两端,并将铁丝的端头分别插入船中。将一棉球放入容器中,并倒入少量酒精,在瓶中装入半瓶开水。将船放入水中,点燃酒精棉球后一会儿产生水蒸气,当水蒸气从药瓶盖的孔中喷出时,小船便能向前运动了。小船向前运动体现了什么物理原理? 答案:反冲原理。 1.反冲运动的特点及遵循的规律 (1)特点:是物体之间的作用力与反作用力产生的效果。 (2)条件: ①系统不受外力或所受外力的矢量和为零。 ②内力远大于外力。 ③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力的矢量和为零。 (3)反冲运动遵循动量守恒定律。 (4)在反冲运动中,由于有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总动能增加。 2.反冲运动的应用与防止 (1)利用有益的反冲运动。 反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出,使转轮由于反冲而旋转,从而带动发电机发电;喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。 (2)避免有害的反冲运动。 射击时,子弹向前飞去,枪身向后发生反冲,这就会影响射击准确性等。 3.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。 [例1] 反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精,蒸汽将橡皮塞水平喷出,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。 (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,小车的反冲速度又如何?(小车一直在水平方向运动) 解析:(1)以橡皮塞运动的方向为正方向,根据动量守恒定律有 mv+(M-m)v′=0, 解得v′=-v=-×2.9 m/s =-0.1 m/s, 负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的方向相反。 (2)以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向,有 mvcos 60°+(M-m)v″=0, 解得v″=-=- m/s =-0.05 m/s, 负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反。