1.6 反冲现象 火箭 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

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(重点)。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(难点)。 6 反冲现象 火箭 【课前自主预习】 一、核心概念梳理 1.反冲 一个系统在 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 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.反冲运动的特点： (1)反冲运动中，系统内力 ，外力可忽略，满足 (2)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能将 。 3.反冲现象的应用及防止 (1)应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边 。 (2)防止：用枪射击时，由于枪身的 会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。 4.火箭 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？ 2.火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后火箭的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1。 (1)燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？ (2)根据(1)中结果讨论如何提高火箭飞行时获得的速度。 【提炼总结】 火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比。燃气速度一定时，质量比越大，火箭获得速度就越大。因火箭结构强度的问题，这个参数一般小于10。采用多级火箭技术，可以将火箭的速度提得很高，但实际应用中一般不会超过四级。 二、预习效果检测 易错辨析 (1)只有系统合外力为零时，反冲现象才能用动量守恒来解释。(　 　) (2)反冲现象中，分裂成两部分的物体，一部分运动方向水平向左，另一部分的运动方向一定水平向右。(　 　) (3)反冲现象中，由于其他形式的能转化为机械能，所以系统的机械能增加。(　 　) (4)烟花点火升空，是地面对烟花的反作用力作用的结果。(　　) (5)火箭上升过程中，燃气对火箭作用力的冲量大于火箭对燃气作用力的冲量。(　 ) (6)火箭加速上升的过程中，火箭的动量守恒，机械能也守恒。( 　) (7)为了提高火箭的飞行速度，可以不断地增加火箭的级数。(　　) 【课堂教学探究】 任务一：反冲的理解与应用 例1　(2025·新乡市高一期中)下列运用反冲原理的是(　　) A.升空的烟花 B.安全气囊的使用过程 C.运动员击打垒球 D.人落地时屈膝 例2　如图所示，狙击枪重M=8 kg，射出的子弹质量m为20 g，若子弹射出枪口时的速度为v=1 000 m/s，不计人对枪的作用力，则枪的后退速度v'是多大？ 针对训练　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. 【总结提升】 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。如在同一直线上运动的甲和乙两个物体，它们相对地面的速度分别为v甲和v乙，则甲物体相对于乙物体的速度v甲相对乙=v甲-v乙。 任务二：火箭 例3　(2025·东莞市高二期末)2024年11月16日，天舟八号成功对接于空间站天和核心舱后向端口，转入组合体飞行段。天舟八号对接过程可简化如下：天舟八号启动喷气发动机向后喷气，使天舟八号慢慢向空间站靠近，最后完成对接。以地球球心为参考系，取天舟八号喷气前的速度方向为正方向，已知天舟八号喷气前的速度为v，天舟八号总质量为M，喷气发动机在极短时间内喷出质量为m的气体，气体速度大小为v0，方向与v方向相反。喷气后瞬间，天舟八号的速度大小为(　　) A. B. C. D. 例4　2024年5月3日17时27分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥八运载火箭成功发射探月工程嫦娥六号探测器。假设火箭喷气发动机每次喷出m=200 g的气体，气体喷出时的速度v=1 000 m/s。设火箭质量M=300 kg，发动机每秒喷气20次。求： (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度大小。 (2)运动第1 s末，火箭的速度大小。 【总结提升】 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，一般情况下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。 【随堂演练】 1.(2022·山东卷，2)我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示，发射仓内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中(　　) A.火箭的加速度为零时，动能最大 B.高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能 C.高压气体对火箭推力的冲量等于火箭动量的增加量 D.高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量 2．(2022·河南省模拟)解放军发出4枚“东风快递”(中程弹道导弹)，准确击中预定目标，发射导弹过程可以简化为：将静止的质量为M(含燃料)的东风导弹点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体，忽略喷气过程中重力和空气阻力的影响，则喷气结束时东风导弹获得的速度大小是(　　) A.v0 B. v0 C. v0 D. v0 6　反冲现象　火箭 参考答案 【课前自主预习】 1.反冲 1.内力 相反的 2.(1)很大 动量守恒定律 (2)增加 3.(1)旋转。(2)反冲 2.火箭 1.答案　(1)是一对相互作用力，等大反向 (2)Δm·u　(3)-Δm·u　(4)- 2.答案　(1)在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。 以火箭的速度方向为正方向，发射前的总动量为0； 发射后的总动量为mv-(M-m)v1 由动量守恒定律得：0=mv-(M-m)v1 得v=v1=(-1)v1。 (2)根据v=(-1)v1知，若要提高火箭获得的速度应： ①提高火箭喷出的燃气的速度。 ②增大火箭发射前的总质量和燃料燃尽后火箭的质量的比值。 (1)(　×　) (2)(　×　) (3)(　√　) (4)(　×　) (5)(　×　) (6)(　×　) (7)(　×　) 【课堂教学探究】 例1　答案　A 解析　烟花升空时，内部燃气向下喷出，烟花因反冲获得向上的动量，符合反冲原理，A正确；安全气囊通过气体膨胀缓冲碰撞力，属于动量定理应用(延长作用时间)，与反冲无关，B错误；击打垒球是外力作用下的运动，垒球动量不守恒，非系统内部的反冲现象，C错误；屈膝通过延长落地时间减小冲击力，属于动量定理应用，与反冲无关，D错误。 例2　答案　2.5 m/s 解析　子弹和枪组成的系统动量守恒，以子弹的速度方向为正方向。 作用前：p=0 作用后：p'=mv-Mv' 由动量守恒定律得：p=p' 即0=mv-Mv' 解得v'=2.5 m/s。 针对训练　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。 例3　答案　D 解析　根据动量守恒定律有Mv=(M-m)v'-mv0，解得v'=，故选D。 例4　答案　(1)2.0 m/s　(2)13.5 m/s 解析　(1)第三次喷出气体后，共喷出的气体质量m1=3×0.2 kg=0.6 kg 以火箭初速度方向为正方向，根据动量守恒定律有(M-m1)v1-m1v=0 解得v1≈2.0 m/s (2)1 s末发动机喷气20次，共喷出的气体质量为m2=20×0.2 kg=4 kg 根据动量守恒定律有 (M-m2)v'-m2v=0 解得火箭1 s末的速度大小为v'≈13.5 m/s。 【随堂演练】 1.答案　A 解析　火箭从发射仓发射出来，受竖直向下的重力、竖直向下的空气阻力和竖直向上的高压气体的推力作用，且推力大小不断减小，刚开始向上的时候高压气体的推力大于向下的重力和空气阻力之和，故火箭向上做加速度减小的加速运动，当向上的高压气体的推力等于向下的重力和空气阻力之和时，火箭的加速度为零，速度最大，接着向上的高压气体的推力小于向下的重力和空气阻力之和时，火箭接着向上做加速度增大的减速运动，直至速度为零，故当火箭的加速度为零时，速度最大，动能最大，故A正确;根据能量守恒定律，可知高压气体释放的能量转化为火箭的动能、火箭的重力势能和内能，故B错误;根据动量定理，可知合力冲量等于火箭动量的增加量，故C错误;根据功能关系，可知高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭机械能的增加量，故D错误。 2.答案　D 解析　由动量守恒定律得mv0＝(M－m)v，导弹获得的速度v＝v0，故选D. 学科网（北京）股份有限公司 $