第一章 6 反冲现象 火箭（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（人教版 浙江专版）

本讲义聚焦反冲现象及火箭原理这一核心知识点，基于动量守恒定律，通过生活实例（气球、窜天猴）、问题链（运动方向关系等）、概念辨析、典型例题（乌贼喷水、火炮后退）及方法总结（速度方向性与相对性）构建学习支架，系统梳理反冲现象的理解应用与火箭飞行原理。 该资料以生活情境导入激发科学探究兴趣，通过例题与针对训练强化动量守恒定律的科学推理和模型建构，课时对点练覆盖多情境（冰面抛衣、航天器喷气），课中助力教师高效教学，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺，培养物理观念与科学思维。

6　反冲现象　火箭 [学习目标]　1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 一、反冲现象的理解与应用 在生活中常见到这样的情形：吹饱的气球松手后喷出气体，同时气球也会向前飞去；点燃“窜天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空。 1.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？ 答案　相反 2.促使气球和窜天猴运动的施力物体是什么？ 答案　它们喷出的气体 3.若将它们放在真空的环境中，上述现象能否发生？ 答案　能发生 1.反冲运动 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，另一部分向相反的方向运动的现象。 说明：这里的“相反的方向”理解为一部分相对于另一部分的运动方向相反。 2.规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，外力可忽略，满足动量守恒定律。 3.生活中的反冲现象：农田、园林的喷灌装置，喷气式飞机。 (1)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。(　√　) (2)反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子。(　√　) (3)一切反冲现象都是有益的。(　×　) (4)只有系统合外力为零时，反冲运动才能用动量守恒来解释。(　×　) 例1　一只质量为0.9 kg的乌贼吸入0.1 kg的水后，静止在水中。当遇到危险时，它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出，以大小为2 m/s的速度逃窜。下列说法正确的是(　　) A.乌贼喷出的水的速度大小为18 m/s B.乌贼喷出的水的速度大小为20 m/s C.在乌贼喷水的过程中，乌贼动量守恒 D.在乌贼喷水的过程中，乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大 答案　A 解析　在乌贼喷水的过程中，乌贼和喷出的水组成的系统所受合外力为零，动量守恒，C、D错误；设乌贼喷出的水的速度大小为v1，则Mv2＝mv1，解得v1＝18 m/s，A正确，B错误。 针对训练1　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(　　) A. B.－ C. D. 答案　C 解析　炮弹离开炮口时，炮弹和炮车在水平方向受到的外力相对于内力可忽略不计，则系统在水平方向动量守恒。取炮车后退的方向为正，对炮弹和炮车组成系统进行研究，根据水平方向动量守恒有：(m1－m2)v'－m2v0cos θ＝0 解得v'＝，故C正确。 讨论反冲运动应注意的两个问题 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，则反方向运动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，先将各速度转换成相对同一参考系的速度(地面上物体一般指对地速度)，再列动量守恒方程求解。 二、火箭 1.火箭的工作原理：喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理。它们都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。现代的喷气式飞机，靠连续不断地向后喷出气体，飞行速度能够超过1 000 m/s。现代火箭发动机喷气速度通常在2 000~5 000 m/s。 2.火箭的主要用途：作为运载工具。例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船。 1.质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止，由于没有力的作用，他与飞船总保持相对静止状态。这个人手中拿着一个质量为Δm的小物体。现在他以相对于飞船为u的速度把小物体抛出。 (1)抛出时，人和小物体的受力有什么特点？ (2)小物体的动量改变量是多少？ (3)人的动量改变量是多少？ (4)人的速度改变量是多少？ 答案　(1)是一对相互作用力，等大反向 (2)Δm·u　(3)－Δm·u　(4)－ 2.设火箭飞行时在极短的时间Δt内喷射燃气的质量是Δm，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是m。 (1)计算火箭在这样一次喷气后增加的速度Δv。 (2)根据(1)中结果讨论如何提高火箭飞行时获得的速度Δv。 答案　(1)在火箭喷气过程中，内力远大于外力，所以满足动量守恒定律。 以喷气前的火箭为参考系，喷气前火箭的动量为0； 喷气后火箭的动量为mΔv，燃气的动量为Δmu； 由动量守恒定律得：mΔv+Δmu＝0 得Δv＝－u。 (2)根据Δv＝－u知，若要提高火箭获得的速度Δv应： ①提高火箭喷出的燃气的速度。 ②增大火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比。 例2　(2024·乐清市知临中学质检)用火箭发射人造地球卫星，以喷气前的火箭为参考系，在极短时间内喷出燃气的质量为m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为u，喷气后火箭的质量为M。下列关于火箭的描述正确的是(　　) A.若继续喷出燃气，火箭的速度会减小 B.喷气后，火箭的速度变化量为－ C.喷气后，火箭的速度大小一定为 D.为了提高火箭的速度，可以研制新型燃料以减小燃气的喷射速度u 答案　B 解析　火箭向后喷气，火箭对喷出的气体有向后的作用力，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而使火箭获得了向前的推力，不断喷出气体，则火箭的速度会越来越大，A错误； 由动量守恒可知mu+MΔv＝0，即喷气后，火箭的速度变化量为Δv＝－ 因喷气前火箭的速度未知，则不能确定喷气后火箭的速度，B正确，C错误； 为了提高火箭的速度，可以研制新型燃料以增加燃气的喷射速度u，D错误。 针对训练2　如图所示，某中学航天兴趣小组的同学将静置在地面上的质量为M(含水)的自制“水火箭”释放升空，在极短的时间内，质量为m的水以相对地面为v0的速度竖直向下喷出。已知重力加速度为g，空气阻力不计，下列说法正确的是(　　) A.火箭的推力来源于火箭外的空气对它的反作用力 B.水喷出的过程中，火箭和水机械能守恒 C.火箭获得的最大速度为v0 D.火箭上升的最大高度为 答案　D 解析　火箭的推力来源于火箭里喷出的水对它的反作用力，故A错误； 水喷出的过程中，瓶内气体做功，火箭和水机械能不守恒，故B错误； 由题意可得，由动量守恒定律可得(M－m)v＝mv0，v＝，故C错误； 水喷出后，火箭做竖直上抛运动， 由题意有v2＝2gh，h＝，故D正确。 分析火箭类问题应注意的三个问题 1.火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。 2.明确两部分物体初、末状态速度的参考系是否为同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以转换，一般情况要转换成对地的速度。 3.列方程时要注意初、末状态动量的方向。 课时对点练 [分值：100分] [1~7题，每题7分] 考点一　反冲现象 1.下列现象中不属于反冲现象的是(　　) A.发射炮弹时炮身后退 B.火箭向下高速喷射炽热气体时上升 C.人用桨向后划水船向前运动 D.章鱼调整喷水方向可以向不同方向运动 答案　C 解析　一个静止的物体在内力作用下分裂为两个部分，一部分向某方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这种运动叫作反冲。发射炮弹，在内力作用下炮弹向前，炮身后退，是反冲现象。故A不符合题意； 火箭向下高速喷射炽热气体，气体向下，火箭向上，是反冲现象。故B不符合题意； 人用桨向后划水船向前运动，划桨时，给水一个向后的力，物体间力的作用是相互的，水会对人、船和桨构成的整体产生一个向前的力，使整体向前运动。这个过程不属于反冲现象。故C符合题意； 章鱼调整喷水方向时，喷出的水向一个方向，则章鱼向喷水的反向运动，也属于反冲现象。故D不符合题意。 2.(2024·浙江省山河联盟高二联考)一人静止于完全光滑的冰面上，现欲离开冰面，下列可行的方法是(　　) A.向后踢腿 B.手臂向上摆 C.在冰面上滚动 D.脱下外衣水平抛出 答案　D 解析　向后踢腿或手臂向上摆，不会使人与外界产生其他作用，人不会获得速度，故A、B错误；冰面光滑，无摩擦力，人无法滚动，故C错误；脱下外衣水平抛出，利用反冲，可以离开冰面，故D正确。 3.如图所示，自行火炮车同炮弹的总质量为M，炮管水平，火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自行火炮车的速度变为v2，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　自行火炮车水平匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，系统动量守恒。设向右为正方向，发射前动量之和为Mv1，炮弹相对炮筒的发射速度为v0，则炮弹对地的速度为v0+v2，发射后系统的动量之和为(M－m)v2+m(v0+v2)，由Mv1＝(M－m)v2+m(v0+v2)，解得v0＝，故选B。 4.(2024·绍兴市第一中学期末)如图，质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶，一质量为m的救生员站在船尾，相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为(　　) A.v0+v B.v0－v C.v0+(v0+v) D.v0+(v0－v) 答案　C 解析　小船和救生员组成的系统动量守恒，取水平向右为正方向，有(M+m)v0＝m(－v)+Mv'，解得v'＝v0+(v0+v)，故选C。 考点二　火箭的工作原理 5.(多选)2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射任务取得圆满成功。下列关于火箭的描述，正确的是(　　) A.增加燃气喷射量可以增大火箭的推力 B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力 C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速 D.火箭发射时获得的推力来自喷出的燃气与火箭之间的相互作用 答案　ABD 解析　根据动量定理可知FΔt＝Δmv 增加燃气喷射量可以增大火箭的推力，增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力，故A、B正确； 当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时，燃气相对火箭仍有速度，仍可使得火箭加速，故C错误； 火箭发射时获得的推力来自喷出的燃气与火箭之间的相互作用，故D正确。 6.中国已成功发射可重复使用的试验航天器。某实验小组仿照航天器的发射原理，在地球表面竖直向上发射了一质量为M(含燃料)的火箭，当火箭以大小为v0的速度竖直向上飞行时，火箭接到加速的指令瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后火箭的速度大小为v2，不计喷气过程重力的影响，所有速度均为相对地面的速度。则喷出气体的质量为(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　规定火箭的速度方向为正方向，设喷出气体质量为m，由动量守恒定律可得Mv0＝(M－m)v2－mv1，解得m＝，故B正确，A、C、D错误。 7.如图所示，已知某次某航天员离开空间站太空行走时，连同装备共100 kg，在离飞船60 m的位置与空间站处于相对静止的状态，装备中有一个高压气源，能以50 m/s的速度喷出气体，为了能在5 min内返回空间站，他需要在开始返回的瞬间至少一次性向后喷出气体的质量是(不计喷出气体后航天员和装备质量的变化)(　　) A.0.10 kg B.0.20 kg C.0.35 kg D.0.40 kg 答案　D 解析　单位换算5 min＝300 s，该航天员和装备在喷出气体后的最小速度为v＝＝0.2 m/s，根据动量守恒定律得Mv＝mv0，代入题中数据解得m＝0.40 kg，故选D。 [8~11题，每题9分] 8.(多选)假设一艘小型宇宙飞船在高空中绕地球做匀速圆周运动，飞船沿与其速度相反的方向抛出一个质量不可忽略的物体A。下列说法正确的是(　　) A.A与飞船都可能沿原轨道运动 B.A与飞船都不可能沿原轨道运动 C.A运动的轨道半径可能减小 D.飞船运行的轨道半径将增大 答案　CD 解析　抛出物体的过程中，系统的动量守恒，因为物体是沿飞船向后抛出，由动量守恒得飞船的速度增大，动能增大，将做离心运动，上升到高轨道。抛出后物体的速度方向有几种可能：若抛出后物体的速度方向与飞船方向相同，则物体的速度减小，将做近心运动；若抛出后物体的速度为零，则会在万有引力的作用下竖直下落；若物体的速度方向与飞船方向相反，其大小可能等于飞船原来的速度，此时仍将在原轨道运行，也可能大于飞船原来的速度，此时也将上升到高轨道。故C、D正确，A、B错误。 9.(选练)在粒子物理研究中，带电粒子在云室等探测装置中的轨迹是非常重要的实验证据。根据对不同粒子轨迹的分析和比较，科学家可以得到粒子的带电情况、运动情况等许多信息，甚至可以发现新粒子。现将一粒子源装入放在匀强磁场的云室中(粒子源不固定，且云室中阻力忽略不计)，粒子源不断向两个相反方向同时放出一对电荷量为pe、质量为km的正离子(p、k均为常量且都大于1)和电荷量为e、质量为m的电子，下列说法正确的是(　　) A.两种粒子的运动轨迹如图甲所示，且半径大的一定是电子 B.两种粒子的运动轨迹如图乙所示，且半径大的一定是电子 C.若正离子和电子的速度之比为k，则粒子源不会移动 D.若正离子和电子的速度之比为，则粒子源不会移动 答案　D 解析　两种电性不同的带电粒子在同一磁场中同时向相反的方向运动，根据左手定则可知，两粒子的轨迹在出发点相切，且互为内切圆；粒子在磁场中运动，洛伦兹力充当向心力，有Bqv＝m0，可得R＝，则可知两粒子在磁场中运动的轨迹半径分别为R正＝，R电＝，可知正粒子和电子的半径比为，由以上比值关系不能确定正粒子和电子轨迹半径大小关系，故A、B错误； 由于k>1，若正粒子和电子的速度之比为k，则kmv正>mv电，正粒子和电子总动量之和不为零，则粒子源会移动；若正离子和电子的速度之比为，正粒子和电子总动量之和为零，则粒子源不会移动，故C错误，D正确。 10.(2024·宁波市北仑中学高二月考)在发射地球卫星时需要运载火箭多次点火，以提高最终的发射速度。某次地球近地卫星发射的过程中，火箭喷气发动机每次喷出质量为m＝800 g的气体，气体离开发动机时的对地速度v＝1 000 m/s，假设火箭(含燃料在内)的总质量为M＝600 kg，发动机每秒喷气20次，忽略地球引力的影响，则(　　) A.火箭第三次喷出气体后速度的大小约为4 m/s B.地球卫星要能成功发射，速度大小至少达到11.2 km/s C.要使火箭能成功发射至少要喷气500次 D.要使火箭能成功发射至少要持续喷气17 s 答案　A 解析　火箭第三次喷出气体后，根据动量守恒定律：3mv＝(M－3m)v3，解得v3≈4 m/s，选项A正确；地球卫星要能成功发射，速度大小至少达到第一宇宙速度7.9 km/s，选项B错误；设要使火箭能成功发射至少要喷气n次，则nmv＝(M－nm)vn，其中vn＝7.9 km/s，解得n≈666次，即要使火箭能成功发射至少要持续喷气 s＝33.3 s，选项C、D错误。 11.(多选)为完成某种空间探测任务，需要在太空站上发射空间探测器，探测器通过向后喷气而获得反冲力使其加速。已知探测器的质量为M，每秒钟喷出的气体质量为m，喷射气体的功率恒为P，不计喷气后探测器的质量变化。则(　　) A.喷出气体的速度为 B.喷出气体的速度为 C.喷气Δt秒后探测器获得的动能为 D.喷气Δt秒后探测器获得的动能为 答案　BC 解析　由动能定理可知：Pt＝mv2，t＝1 s， 解得：v＝，选项B正确，A错误； 喷气Δt秒后，由动量守恒定律可知：0＝Mv1－mΔt·v， 则有：＝mΔt·v＝mΔt得Ek＝，故C正确，D错误。 12.(15分)(2024·嘉兴市高二期末)2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星，中国首次火星探测任务取得圆满成功。携带火星车的着陆器与环绕器分离后，最后阶段利用反推火箭在火星表面实现软着陆，如图所示，设着陆器和燃料的总质量为M，极短时间内喷射的燃气质量是m，不考虑火星引力的影响，为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后，其下落的速率从v0减为v，求： (1)(8分)一次瞬间喷射过程中着陆器对燃气的冲量I大小； (2)(7分)瞬间喷出的燃气相对火星表面的速率v'。 答案　(1)(M－m)(v0－v)　(2)(v0－v)+v 解析　(1)一次瞬间喷射前着陆器的动量p＝(M－m)v0，一次瞬间喷射后着陆器的动量p'＝(M－m)v，一次瞬间喷射过程中燃气对着陆器的冲量 I'＝(M－m)v－(M－m)v0＝(M－m)(v－v0)， 方向与v0方向相反，由牛顿第三定律可知一次瞬间喷射过程中着陆器对燃气的冲量I＝(M－m)(v0－v)，方向与v0方向相同 (2)喷射燃气的过程动量守恒，有 Mv0＝(M－m)v+mv'，解得v'＝(v0－v)+v。 学科网（北京）股份有限公司 $