6 反冲-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修1同步导学案配套PPT课件（教科版）

6　反冲 第一章　动量与动量守恒定律 [学习目标]　1.了解反冲的概念及反冲现象的防止和应用。2.知道反冲现象的原理，会应用动量守恒定律解决有关反冲现象的问题(重点)。 3.知道火箭的原理，会对火箭喷气后各物理量的变化进行计算(重难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　反冲现象 要点2　火箭的发射 要点3　“人船模型”问题 内容索引 要点1　反冲现象 一 * 1．定义：一个静止的物体在________的作用下分裂为两部分，其中一部分向某个方向运动，另一部分必然向________的方向运动，这个现象叫作反冲。 2．反冲运动的条件 (1)系统__________或________________。 (2)内力远大于________。 (3)某一方向上不受外力或所受合外力为零。 3．反冲运动遵循的规律：反冲运动遵循______________。 梳理 必备知识 自主学习 内力 相反 不受外力 所受合外力为零 外力 动量守恒定律 [思考与讨论] 在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动。结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题： (1)反冲运动的物体受力有什么特点？ 提示：(1)物体的不同部分受相反的作用力，在内力作用下向相反方向运动。 (2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？ 提示：(2)反冲运动中，相互作用的内力一般情况下远大于外力，所以系统的动量守恒；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加。 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，相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以两部分组成的系统动量守恒或在某一方向动量守恒。 (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。 归纳 关键能力 合作探究 2．应注意的两个问题 (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向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，应先将相对速度转换成相对地面的速度，再根据动量守恒定律列方程。 [典例1]　某学习小组在探究反冲现象时，将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δm的气体后，小船的速度是(　　) A [针对训练] 1．如图所示，进行太空行走的航天员A和B的质量分别为80 kg和100 kg，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1 m/s。A将B向空间站方向轻推后，A的速度变为0.2 m/s，求此时B的速度大小和方向。 答案：0.02 m/s　远离空间站方向 根据动量守恒有(mA＋mB)v0＝mAvA＋mBvB，代入数据可解得vB＝ 0.02 m/s，方向为远离空间站方向。 二 要点2　火箭的发射 * 梳理 必备知识 自主学习 3．多级火箭 由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的 7.9 km/s，实际火箭为多级。 多级火箭发射时，质量较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度。目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求。 [思考与讨论] (1)如图是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作。火箭点火后能加速上升的动力是什么力？ 提示：(1)燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生 的反作用力推动火箭加速上升。 (2)要提升运载物的最大速度可采用什么措施？ 提示：(2)提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳。 [典例2]　(2024·河南新乡月考)一质量为3×103 kg的火箭从地面竖直向上发射，若火箭喷射燃料气体的速率(相对于地面)为103 m/s，不计在开始一段时间喷出气体对火箭总质量的影响。求在开始时： (1)每秒钟喷出多少气体才能有克服火箭重力所需的推力？ [答案]　(1)30 kg　 归纳 关键能力 合作探究 (1)要使每秒钟喷出气体产生的推力克服火箭重力，则有F1＝Mg 对喷出的气体根据动量定理有F′1Δt＝Δm1v0－0 根据牛顿第三定律有F′1＝F1 解得Δm1＝30 kg。 (2)每秒钟喷出多少气体才能使火箭有20 m/s2的加速度？(g取10 m/s2) [答案]　(2)90 kg (2)要使每秒钟喷出气体产生的推力使火箭有20 m/s2的加速度，则有F2－Mg＝Ma 对喷出的气体根据动量定理有F′2Δt＝Δm2v0－0 根据牛顿第三定律有F′2＝F2 解得Δm2＝90 kg。 [针对训练] 2．一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。设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒钟喷气20次。 (1)当第3次喷出气体后，火箭的速度多大？ 答案：(1)2 m/s　 (2)运动第1 s末，火箭的速度多大？ 答案：(2)13.5 m/s 三 要点3　“人船模型”问题 * [思考与讨论] 如图所示，长为L、质量为m船的小船停在静水中，质量为m人的人由静止开始从船的一端走到另一端，不计水的阻力。以人和船组成的系统为研究对象，在人由一端走到船的另一端的过程中，人和船相对静水移动的距离分别是多大？ 归纳 关键能力 合作探究 C 方法总结 1．“人船模型”问题 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒。 2．“人船模型”的特点 (1)两物体满足动量守恒定律：m人v人－m船v船＝0，在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小与质量成反比。 [针对训练] 3．(多选)(2024·安徽合肥期末)某人站在静浮于水面的船上，从某时刻开始从船头走向船尾，不计水的阻力，那么在这段时间内人和船的运动情况是(　　) A．人匀速走动，船则匀速后退，且两者的速度大小与它们的质量成反比 B．人匀加速走动，船则匀加速后退，且两者的加速度大小一定相等 C．不管人如何走动，在任意时刻两者的速度总是方向相反，大小与它们的质量成反比 D．人走到船尾不再走动，船则停下 ACD 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1．(多选)下列属于反冲运动的是(　　) A．汽车运动 B．直升机运动 C．火箭的运动 D．反击式水轮机的运动 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 汽车是利用燃烧燃料获得向前的牵引力从而使汽车前进的，不属于反冲，A错误；直升机是利用空气的升力而使飞机上升的，不属于反冲，B错误；火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力，利用了反冲运动，C正确；反击式水轮机是利用了水的反冲作用而获得动力，属于反冲运动，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2．(2024·陕西西安期末)一艘小船静止在平静的湖面上，船舱有一抽水机，抽水机把舱内的水向后抽出，如图所示。不计水的阻力，抽水过程中，船的运动情况为(　　) A．向前加速运动　　 B．向前匀速运动 C．向后加速运动 D．向后匀速运动 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 把舱内的水和船看作一个系统，则根据反冲运动可知，抽水机把舱内的水向后抽出，则水对抽水机(船)产生一个反作用力，使船向前加速运动，故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3．(2024·山东枣庄期末)“独竹漂”是一项独特的黔北民间绝技。独竹漂高手们脚踩一根楠竹，漂行水上如履平地。在平静的湖面上，一位女子脚踩竹竿抵达岸边，此时女子静立于竹竿A点，一位摄影爱好者使用连拍模式拍下了该女子在竹竿上行走过程的系列照片，并从中选取了两张进行对比，其简化图如图所示。经过测量发现，甲、乙两张照片中A、B两点的水平间距约为 1.6 cm，乙图中竹竿右端距离河岸约为4.0 cm，竹竿的长度约为12.0 cm。已知竹竿的质量约为20 kg，若不计水的阻力， 则该女子的质量约为(　　) A．40 kg　　　　　　　 B．50 kg C．55 kg D．60 kg B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 人和竹竿系统动量守恒，设实际距离是照片上的距离的k倍，则根据人船模型可知 m竿·kx竿＝m人·kxAB 即20 kg×4.0 cm＝m人×1.6 cm 解得m人＝50 kg， 故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4．(多选)(2024·山西大同期末)下面关于“神舟七号”飞船和火箭上天的情况叙述正确的是(　　) A．火箭尾部向外喷气，喷出的气体对火箭产生一个向上的推力 B．火箭的推力是由于喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力作用于火箭而产生 C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽向后喷气也不会产生推力 D．飞船进入轨道后和地球间存在一对作用力与反作用力 AD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 火箭尾部向外喷气，给喷出的气体一个作用力，而喷出的气体给火箭一个向上的反作用力，火箭就是受到这个反作用力(推力)才克服阻力向上飞行的，故A正确，B、C错误；飞船进入轨道后，与地球之间存在相互作用的引力，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5．(2024·陕西榆林期末)冲天炮(如图)飞上天后会在天空中爆炸。当冲天炮从水平地面斜飞向天空后且恰好沿水平方向运动的瞬间，突然炸裂成一大一小P、Q两块，且质量较大的P仍沿原来方向飞出去，不计空气阻力，则下列说法正确的是(　　) A．炸裂前后瞬间，总动量不守恒 B．P、Q同时落回地面 C．炸裂后，P飞行的水平距离较大 D．炸裂时，P、Q两块受到的内力的冲量相同 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 炸裂时，冲天炮位于最高点，水平方向不受外力作用，动量守恒，因此，P、Q两块的速度方向均沿水平方向，之后做平抛运动回到地面，故同时落地，故A错误，B正确；炸裂时，质量较小的Q可能仍沿原来的方向，也可以与原方向相反，无法确定P、Q两块炸裂时速度的大小关系，也就无法比较水平距离大小关系，故C错误；炸裂时P、Q两块受到的内力大小相等，方向相反，故炸裂时P、Q两块受 到的内力的冲量大小相等，方向相反，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 7．(2024·湖北武汉期中)如图所示，大气球质量为25 kg，载有质量为50 kg的人，静止在空气中距地面20 m高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则绳长至少为(不计人的身高，可以把人看作质点)(　　) A．20 m B．40 m C．50 m D．60 m D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8．(多选)(2024·广东深圳期中)如图所示，在光滑的水平面上有一静止的质量为M的凹槽，凹槽内表面为光滑的半圆弧轨道，半径为R，两端A、B与圆心等高，现让质量为m的物块从A点以竖直向下的初速度v0开始下滑，则在运动过程中(　　) ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9．(多选)(2024·山东临沂期中)小车静止在光滑水平面上，站在车上的人练习打靶，靶装在车的另一端，如图所示。已知车、人、枪和靶的总质量为M(不含子弹)，每颗子弹质量为m，共n发，打靶时，枪口到靶的距离为d，若每发子弹打入靶中，就留在靶里，且待前一发子弹打入靶中后，再打下一发，人与车之间不发生相对滑动，则以下说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A．在此过程中，小车将会在原位置处左右来回振动，最终停在原位置处 B．待打完n发子弹后，小车应停在射击之前位置的右方 C．在每一发子弹的射击过程中，小车所发生的位移都不相同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 在子弹射出枪口到打入靶中的过程中，小车向右运动，所以第n发子弹打入靶中后，小车应停在原来位置的右方，待打完n发子弹后，小车将静止不动，故A错误，B正确；设子弹出口速度为v，车后退速度大小为v′，以向左为正，根据动量守恒定律有0＝mv－[M＋(n－1)m]v′，子弹匀速前进的同时，车匀速后退，有vt＋v′t＝d，联立解得 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10．如图，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； 答案：(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞水平运动的方向相反 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (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) 答案：(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞水平分运动的方向相反 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．设有一质量M＝5 t的火箭，架设于发射台上，其喷出气体对地的速度为1 000 m/s。请估算它至少每秒喷出质量为多少的气体，才能让火箭开始上升。如果要使火箭以2 m/s2的加速度上升，请估算它每秒应喷出多少气体。(g取10 m/s2) 答案：50 kg　60 kg 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 12．(多选)(2024·海南海口期中)如图所示，质量均为m＝2 kg的木块A和B，并排放在光滑水平面上，A上固定一竖直轻杆，轻杆上端的O点系一长为l＝0.5 m的细线，细线另一端系一质量为1 kg的球C。现将C球拉起使细线水平伸直，并由静止释放C球，重力加速度g取10 m/s2。从开始释放C到A、B两木块恰好分离的过程，下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 故A错误，B正确；C球由静止释放到最低点的过程中，设C对地的水平位移大小为x1，A、B对地的水平位移大小为x2，则有mCx1＝2mx2 根据题意可得x1＋x2＝l 联立解得x2＝0.1 m 故C正确；整个运动过程中，只有重力做功， A、B、C系统机械能守恒，水平方向无外力作用， 水平方向动量守恒，但竖直方向有重力作用，动量不守恒，故D错误。 $$