第1章 6 反冲（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

 

 

6　反冲

[学业要求与核心素养]

 

一、反冲现象

阅读教材，并回答：

1．教材图1­6­1中：细管为什么会旋转起来呢？

答　过程动量是守恒的

2．在教材图1­6­2中，它们的共同特征是什么？系统的初始状态有何特点？

答　运动的物体有两个，它们的运动方向相反。初始时两个物体均静止。

3．还能举出有关的这样的例子吗？试着用自己的语言来表达什么是反冲。

答　略

[概念·规律]

1．概念：如果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：反冲和碰撞、爆炸有相似之处。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，所以可用动量守恒定律来处理。

3．应用：反冲有着广泛的应用，火箭、灌溉喷水器、反击式水轮机等都是利用反冲来工作的。

二、火箭的发射

1．工作原理：是利用__反冲__运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从火箭的尾部高速喷出，使火箭获得巨大反作用力。

2．影响火箭获得速度大小的因素

火箭喷出的燃气的速度v__越大__，火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比__越大__，火箭获得的速度Δv就越大。

探究点一　反冲现象

[交流讨论]

请结合事例，分析反冲运动的特点：

(1)反冲运动的受力有什么特点？

(2)反冲运动过程中系统的动量有什么变化？

(3)反冲运动过程中系统的机械能有什么变化？

答　(1)内力远大于外力　(2)动量守恒

(3)总动能增加

[归纳总结]

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，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应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。

　反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动。如果小车的总质量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)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。以橡皮塞运动的方向为正方向

根据动量守恒定律，mv＋(M－m)v′＝0

v′＝－v＝－×2.9 m/s＝－0.1 m/s

负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，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，以橡皮塞运动的方向为正方向，有

mvcos 60°＋(M－m)v″＝0

v″＝－＝－ m/s＝－0.05 m/s

负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是0.05 m/s。

[答案]　(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反　(2)0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反

[名师点拨]　反冲问题一般应用系统动量守恒定律列式计算。列方程时要注意初、末状态动量的方向，反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的。

1．2020年11月24日，我国在文昌发射中心用长征五号遥五运载火箭成功发射“嫦娥五号”。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＝2 100 g。当它以对

地速度为v0＝840 m/s喷出质量为Δm＝100 g的高温气体后，火箭的对地速度为(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　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相同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。

答案　B

探究点二　火箭原理

1．火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比(火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素决定。

2．火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用。在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题。

　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＝1000 m/s。设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒钟喷气20次。

(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？

(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？

[审题探究]　(1)喷气时研究对象是谁，它们喷气前后的速度多大？

(2)每次喷气时，火箭的质量一样吗？

[解析]　火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解。

(1)选取火箭和气体组成的系统为研究对象，运用动量守恒定律求解，设喷出三次气体后火箭的速度为v3，

以火箭和喷出的三次气体为研究对象，据动量守恒定律得：(M－3m)v3－3mv＝0，故v3＝≈2 m/s。

(2)发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为研究对象，根据动量守恒定律得：

(M－20m)v20－20mv＝0，故v20＝≈13.5 m/s。

[答案]　(1)2 m/s　(2)13.5 m/s