1.6 反冲现象 火箭(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册学生用书（人教版）

6　反冲现象　火箭 学习任务一　反冲现象 [教材链接] 阅读教材,完成下列填空. 反冲 (1)定义:一个静止的物体在　　　　的作用下分裂为两部分,一部分向某一方向运动,另一部分必然向　　　　方向运动的现象.  (2)特点: ①物体的不同部分在　　　　作用下向相反方向运动.  ②反冲运动中, 相互作用力一般较大,通常可以用　　　　　　　　来处理.  【辨别明理】 (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. (　) 例1 物理在生活和生产中有广泛应用,以下实例没有利用反冲原理的是 (　) A.乌贼喷水前行 B.电风扇吹风 C.火箭喷气升空 D.飞机喷气加速 [反思感悟] 　   例2 [2026·河北石家庄一中高二月考] 一个不稳定的原子核质量为M,处于静止状态.放出一个质量为m的粒子后反冲,已知放出的粒子的动能为Ek0,则原子核反冲的动能为 (　) A.Ek0 B.Ek0 C.Ek0 D.Ek0 [反思感悟] 　     例3 在水平铁轨上放置一辆质量为M的炮车(不含炮弹),发射的炮弹质量为m,设铁轨和炮车间摩擦不计,炮身与水平方向成θ角,炮弹速度大小为v0,则炮车的反冲速度是 (　) A. B. C. D. [反思感悟] 　     【要点总结】 反冲的特点 运动方向相反 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 机械能增加 反冲中,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 动量守恒 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 学习任务二　火箭原理 [教材链接] 阅读教材,完成下列填空. (1)工作原理:利用　　　　的原理,则火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时,使火箭获得巨大的　　　　.  (2)影响火箭获得速度大小的因素 ①喷气速度:现代火箭的喷气速度为2000~5000 m/s. ②质量比: 火箭起飞前的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比,实质就是火箭始、末质量之比. 喷气速度　　　　,质量比　　　　,则火箭获得的速度越大.  [物理建模] 火箭发射前的总质量为M,燃料全部燃烧完后的质量为m,火箭燃气的对地喷射速度为v0,燃料燃尽后火箭的速度v为多大?           例4 [2026·安徽合肥一中高二月考] 我国的“长征”系列运载火箭已经成功发射了数百颗不同用途的卫星.火箭升空过程中向后喷出高速气体,从而获得较大的向前速度.火箭飞行所能达到的最大速度是燃料燃尽时火箭获得的速度.影响火箭最大速度的因素是 (　) A.火箭向后喷出的气体速度 B.火箭开始飞行时的质量 C.火箭喷出的气体总质量 D.火箭喷出的气体速度和火箭始、末质量比 [反思感悟] 　   例5 [2024·河北石家庄一中高二月考] 在太空中,一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g的气体,气体离开发动机时的速度v=1000 m/s(相对地面),已知火箭质量M=300 kg,火箭初速度为零,发动机每秒喷气20次.当第三次气体喷出后,火箭的速度为多大? 【要点总结】 1.可以用以下办法提高火箭速度: (1)提高喷气速度; (2)提高火箭的质量比; (3)使用多级火箭,一般为三级. 2.在反冲运动中常遇到变质量物体的运动,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(包括剩余燃料)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. 学习任务三　“人船模型”问题 [物理建模] 如图所示,质量为M的小船长为L,静止于水面,质量为m的人从船左端走到船右端,不计水对船的运动阻力,则该过程中船将移动多远?       [模型建构] “人船模型”运动特点: (1)如果人或船是变速运动,每个时刻总动量也守恒,即平均动量守恒.则式子中的速度应为平均速度符号; (2)人动船动,人停船停,人快船快,人慢船慢,人左船右,人、船位移比等于它们质量的反比,即=.人和船的位移满足|x人|+|x船|=L(L为人和船的相对位移). 例6 [2026·贵州贵阳一中高二月考] 如图所示,在平静的湖面上,质量为m的表演者静立于长为L的竹竿最左端,表演者从竹竿最左端走至最右端,竹竿的位移大小为L.不计湖水的阻力,则竹竿的质量为 (　) A.m B.m C.m D.m [反思感悟] 　     例7 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,气球下方悬挂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.60 m B.40 m C.30 m D.10 m [反思感悟] 　     变式1 [2026·湖南南雅中学高二月考] 如图所示,质量为2m、半径为R的大空心球B(内壁光滑)静止在光滑水平面上,有一质量为m的小球A(可视为质点)在球B内从与大球球心等高处开始无初速度下滑,滑到大球最低点时,大球移动的距离为 (　) A.R B. C. D. [反思感悟] 　     爆炸中的动量和能量问题 爆炸和碰撞现象有很多类似的特点,可以从以下几个方面分析: (1)过程的特点 ①相互作用时间很短. ②在相互作用过程中,相互作用力先是急剧增大,然后再急剧减小,平均作用力很大,远远大于外力,因此作用过程的动量可看成守恒. (2)位移的特点 碰撞、爆炸、打击过程是在一瞬间发生的,时间极短,所以在物体发生碰撞、爆炸、打击的瞬间可忽略物体的位移.可以认为物体在碰撞、爆炸、打击前后在同一位置. (3)能量的特点 爆炸过程系统的动能增加,而碰撞、打击过程系统的动能不会增加,可能减少,也可能不变. 示例　[2025·北京卷] 某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出,经过时间t到达最高点.在最高点该物体炸裂成A、B两部分,质量分别为2m和m,其中A以速度v沿水平方向飞出.重力加速度为g,不计空气阻力.求: (1)该物体抛出时的初速度大小v0; (2)炸裂后瞬间B的速度大小vB; (3)A、B落地点之间的距离d. 变式2 [2026·江苏常州金坛一中高二月考] 如图所示,一枚在空中飞行的火箭质量为m,某时刻飞行高度为h,速度为v,方向水平,燃料即将耗尽.此时,火箭突然炸裂成两块,其中质量为m1的弹头仍水平飞行,落地点到炸裂位置的水平距离为l.已知重力加速度为g,地面水平,不计空气阻力,以水平向右为正方向,则 (　) A.炸裂过程中系统机械能守恒 B.炸裂后飞行过程中弹头相对于另一块做匀加速直线运动 C.炸裂后另一块的速度为 D.弹头落地速度为 1.(反冲原理)下列运用反冲原理的有 (　) 甲 乙 丙 丁 A.甲图中,喷水管在喷水过程中旋转 B.乙图中,安全气囊可减轻伤害 C.丙图中,运动员击打垒球 D.丁图中,人落地时屈膝 2.(火箭原理)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着陆火星取得圆满成功.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,设着陆器总质量为M,极短时间内瞬间喷射的燃气质量为m,为使着陆器经一次瞬间喷射燃气后,下落的速率从v0减为v,需要瞬间喷出的燃气速率约为 (　) A.v0-v B.(v0-v) C.(v0-v)+v D. 3.(人船模型)[2026·天津耀华中学高二月考] 如图所示,质量m=60 kg的人(人可看作质点),站在质量M=300 kg的车的一端,车长L=3 m,相对于地面静止.当车与地面间的摩擦可以忽略不计时,人由车的左端走到右端的过程中,车将 (　) A.向左走0.8 m B.向左走0.7 m C.向左走0.6 m D.向左走0.5 m 4.(爆炸模型)(多选)如图所示,光滑水平面上甲、乙两球间粘少许炸药,一起以速度0.5 m/s向右做匀速直线运动.已知甲、乙两球质量分别为0.1 kg和0.2 kg.某时刻炸药突然爆炸(不考虑爆炸过程的时间),分开后两球仍沿原直线运动,从爆炸开始计时经过3.0 s,两球之间的距离为x=2.7 m,则说法正确的是 (　) A.刚分离时,甲、乙两球的速度方向相同 B.刚分离时,甲球的速度大小为0.1 m/s,方向水平向左 C.刚分离时,乙球的速度大小为0.3 m/s D.爆炸过程中释放的能量为0.027 J 学科网（北京）股份有限公司 $ 6　反冲现象　火箭 [教材链接] (1)内力　相反　(2)①内力　②动量守恒定律 【辨别明理】 (1)√　(2)√　(3)×　 例1　B　[解析] 乌贼喷水前行、火箭喷气升空、飞机喷气加速都是利用了反冲原理,而电风扇吹风没有利用反冲原理,故选B. 例2　C　[解析] 放出质量为m的粒子后,剩余质量为(M-m),该过程动量守恒,有mv0=(M-m)v,放出的粒子的动能为Ek0=m,原子核反冲的动能Ek=(M-m)v2,联立解得Ek=Ek0,故A、B、D错误,C正确. 例3　D　[解析] 系统(炮车和炮弹)水平方向动量守恒,初始总动量为0,则有mv0cos θ=Mv,解得v=,故选D. [教材链接] (1)反冲　速度　(2)②越大　越大 [物理建模] 设火箭的速度方向为正方向,由动量守恒得0=mv-(M-m)v0 解得v=v0=v0 结论——决定火箭最大飞行速度的因素: 例4　D　[解析] 分别用M、m表示火箭初始质量和燃料燃尽时的质量,v0表示喷出的气体速度,火箭喷气过程动量守恒,有mv-(M-m)v0=0,即火箭最大速度v=v0,影响火箭最大速度的因素是火箭喷出的气体速度和火箭始、末质量比,D正确. 例5　2 m/s [解析] 方法一:喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反,系统动量守恒,第一次气体喷出后,设火箭速度为v1,有 (M-m)v1-mv=0 解得v1= 第二次气体喷出后,设火箭速度为v2,有 (M-2m)v2-mv=(M-m)v1 解得v2= 第三次气体喷出后,设火箭速度为v3,有 (M-3m)v3-mv=(M-2m)v2 解得v3== m/s≈2 m/s 方法二:设喷出三次气体后火箭的速度为v3',以火箭和三次喷出的气体为研究对象,根据动量守恒定律得 (M-3m)v3-3mv=0 解得v3=≈2 m/s [物理建模] “人船模型”是由人和船两个物体构成的系统,该系统在人和船相互作用下各自运动,运动过程中该系统所受到的合外力为零,即人和船组成的系统在运动过程中动量守恒.由系统动量守恒得mv1=Mv2,人在t时间内从船左端走到船右端,有mv1t=Mv2t,则mx人=Mx船,又有x人+ x船=L,结论:x人=L,x船=L. 例6　C　[解析] 设表演者相对于水面的位移为x1,竹竿相对于水面的位移为x2,竹竿的质量为M, 表演者与竹竿组成的系统水平方向动量守恒,则有mv人=Mv杆,整理可得m=M,即mx1=Mx2,又因为x1+x2=L,x2=L,则有=,联立解得M=m,故选C. 例7　A　[解析] 人与气球组成的系统动量守恒,设人的速度大小为v1,气球的速度大小为v2,运动时间为t,以人与气球组成的系统为研究对象,以向下为正方向,由动量守恒定律得m1v1-m2v2=0,则m1-m2=0,解得x气球=2x人=40 m,则绳子长度L=x气球+x人=40 m+20 m=60 m,即绳长至少为60 m,故选A. 变式1　C　[解析] 设某时刻小球的速度大小为v1,大球的速度大小为v2,大球的位移大小为x,小球相对于水平面的水平位移大小为R-x,取水平向左为正方向,根据系统水平方向动量守恒得2mv2-mv1=0,两边均乘以t,有2mv2t-mv1t=0,则2mx-m(R-x)=0,解得x=,故C正确. 素养提升 示例　(1)gt　(2)2v　(3)3vt [解析] (1)物体竖直上抛至最高点时速度为0,由运动学公式有0=v0-gt 可得v0=gt (2)爆炸瞬间水平方向动量守恒,炸裂前总动量为0,由动量守恒定律得0=2m·v+m·vB 解得vB=-2v 即炸裂后瞬间B的速度大小为2v (3)根据竖直上抛运动的对称性可知下落时间与上升时间均为t 则A的水平位移xA=vt B的水平位移xB=vBt=-2vt 所以落地点A、B之间的距离d=|xA|+|xB|=3vt 变式2　C　[解析] 炸裂过程中,有化学能转化为系统的动能,所以炸裂过程中系统机械能不守恒,故A错误;炸裂后两块均做平抛运动,加速度均为重力加速度,两者相对加速度为0,所以炸裂后飞行过程中弹头相对于另一块做匀速直线运动,故B错误;炸裂后,弹头做平抛运动,则有h=gt2,l=v1t,解得炸裂后瞬时弹头的速度为v1=l,设弹头落地速度为v',根据动能定理有m1v'2-m1=m1gh,解得v'=,故D错误;由于不计空气阻力,系统水平方向所受合力为0,则系统水平方向动量守恒,取炸裂前火箭速度方向为正方向,则有mv=m1v1+(m-m1)v2,解得炸裂后另一块的速度为v2=,故C正确. 随堂巩固 1.A　[解析] 反冲作用使喷水管旋转,A正确;安全气囊可减轻伤害是利用了缓冲现象,不是反冲现象,B错误;运动员击打垒球是碰撞现象,不是反冲现象,C错误;人落地时屈膝是缓冲现象,不是反冲现象,D错误. 2.C　[解析] 喷射燃气的过程动量守恒,有Mv0=(M-m)v+mv',解得v'=(v0-v)+v,故选C. 3.D　[解析] 人、车组成的系统动量守恒,则mv1=Mv2,人和车运动的时间相同,有mx1=Mx2,且x1+x2=L,解得车向左走的距离x2=0.5 m,故选D. 4.BD　[解析] 设甲、乙两球质量分别为m1、m2,刚分离时两球的速度分别为v1、v2,取向右为正方向,由动量守恒定律可得v0=m1v1+m2v2,由题意又有v2-v1=,代入数据联立解得v1=-0.1 m/s,v2=0.8 m/s,可知刚分离时,甲球的速度方向水平向左,乙球的速度方向水平向右,A、C错误,B正确;爆炸过程中释放的能量为ΔE=m1+m2-,代入数据解得ΔE=0.027 J,D正确. 学科网（北京）股份有限公司 $