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1、2.5反冲运动火箭学习目标核心提炼1.了解什么是反冲运动和反冲运动在生活中的应用。2.知道火箭的飞行原理和主要用途。3.了解我国航天技术的发展。1个原理反冲运动原理1个应用火箭一、反冲1.定义：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的现象。2.规律：反冲运动中，相互作用力一般较大，满足动量守恒定律。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，一边喷水一边旋转。(2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。思维拓展图1两位同学在公园里划船。租船
2、时间将到，她们把小船划向码头。当小船离码头大约2 m左右时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m，跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳，结果却掉到了水里(如图1)。她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？(假设起跳时船已静止)答案这位同学与船组成的系统在不考虑水阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳前后遵循动量守恒定律。她在跳出瞬间，船也要向后运动。所以人跳出时相对地的速度比在地上起跳时速度小，人不可能跳到岸上。二、火箭1.工作原理：利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得巨大速度。2.影响火箭获得速度大小的两个因素(1)喷气速度：现代火箭
3、的喷气速度为2 0004 000 m/s。(2)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。喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大。3.现代火箭的主要用途：利用火箭作为运载工具，如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。思考判断(1)火箭点火后离开地面加速向上运动，是地面对火箭的反作用力的结果。()(2)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前进。()答案(1)(2)反冲运动的理解要点归纳1.反冲运动的特点(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，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总动能增加。2.反冲运动中可应用动量守恒定律的三种情况(
4、1)系统不受外力或所受外力之和为零。(2)系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略。(3)系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以在该方向上应用动量守恒定律。精典示例例1 一个质量为m的物体从高处自由下落，当物体下落h距离时突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置，求刚炸裂时另一块的速度v2。审题指导(1)因为炸裂时爆炸力远大于重力，系统在竖直方向的动量可认为近似守恒。(2)若规定向下为正方向，则炸裂结束瞬间质量为m1的一块速度为负值。解析取竖
5、直向下的方向为正方向，炸裂前的两部分是一个整体，物体的动量为pmvm刚炸裂时质量为m1的一块向上运动到开始下落位置时，其速度大小与炸裂前相同，动量方向与规定的正方向相反。p1m1v1m1由动量守恒定律有mvm1v1(mm1)v2联立解得：v2由于v20，说明炸裂后另一块的运动方向竖直向下。答案，方向竖直向下针对训练1 如图2所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为，炮弹射出出口时相对于地面的速度为v0。不计炮车与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度大小v为_。图2解析取炮弹与炮车组成的系统为研究对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒。炮弹发射前，系统的总动量
6、为零，炮弹发射后，炮弹的水平分速度为v0cos ，设v0的水平方向为正方向，根据动量守恒定律有mv0cos Mv0，所以炮车向后反冲的速度大小为v。答案火箭要点归纳1.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。2.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。精典示例 例2 火箭相对地面匀速飞行的速度为v0，某时刻的总质量为
7、M，现火箭发动机向后喷出气体，若每次喷出的气体质量恒为m，相对于火箭的速度大小恒为u，不计空气阻力和地球引力，求第二次气体喷出后火箭的速度为多大。审题指导(1)题目中的速度u的参照系是相对于火箭的，而不是相对于地面的，不能直接代入动量守恒公式。(2)若喷出气体后火箭速度分别为v1、v2，喷出的气体对地速度分别是v1u和v2u。解析火箭与被喷气体组成的系统不受外力作用，动量守恒。以v0方向为正方向，设喷出第一次气体、第二次气体后火箭速度分别为v1、v2，应用动量守恒定律，对第一次喷气过程有：Mv0(Mm)v1m(v1u)，对第二次喷气过程有：(Mm)v1(M2m)v2m(v2u)二式联立解得火箭
8、喷出第二次气体后的速度为v2v0答案v0针对训练2 将静置在地面上，质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内火箭模型以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是()A.v0 B.v0 C.v0 D.v0解析应用动量守恒定律解决问题，注意火箭模型质量的变化。取向下为正方向，向动量守恒定律可得0mv0(Mm)v，故v，选项D正确。答案D反冲运动的应用“人船模型”要点归纳1.适用条件(1)系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零。(2)在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖
9、直方向)。2.画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移。精典示例 例3 质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共同静止在距地面为h的高空中。现从气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？审题指导(1)人沿软绳下滑过程中人和热气球组成的系统动量守恒。(2)人至地面时，气球到地面的距离为软绳的最短长度。解析如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，Lx人x球。设人下滑的平均速度为v人，气球上升的平均速度为v球，由动量守恒定律得0Mv球mv人，即0Mm，0Mx球mx人，又有x人x球L，
10、x人h，解以上各式得Lh。答案h针对训练3 如图3所示，一个质量为m的玩具蛙，蹲在质量为M的小车的细杆上，小车放在光滑的水平桌面上，若车长为L，细杆高为h且位于小车的中点，试求：当玩具蛙至少以多大的水平速度v跳出，才能落到桌面上。图3解析蛙跳出后做平抛运动，运动时间为t，蛙与车组成的系统水平方向动量守恒，由动量守恒定律得Mvmv0，若蛙恰好落在桌面上，则有vtvt，上面三式联立可求出v。答案1.(多选)中国潜艇专家正在设计一种以电磁推动潜航的潜艇，基本原理是潜艇间的海水通电，利用潜艇的强磁场对通电海水的作用力即安培力，将海水高速推出，使潜艇获得动力。为了提高潜艇的航速，可采用哪些措施()A.使
11、推出水的速度增大B.使潜艇的质量增大C.使通过海水的电流增大D.使单位时间内推出的水的质量增加答案ACD2.(多选)向空中发射一物体，不计空气阻力，当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂为a、b两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向，则()A.b的速度方向一定与原速度方向相反B.从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C.a、b一定同时到达水平地面D.在炸裂过程中，a、b受到的力的大小一定相等解析爆炸后系统的总机械能增加，但不能确定a、b两块的速度大小，所以选项A、B不能确定；因炸开后两者都做平抛运动，且高度相同，故选项C正确；由牛顿第三定律知选项D正确。答案CD3.(
12、多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A.使喷出的气体速度更大 B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大 D.使喷出的气体密度更小解析设原来的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，剩余的质量(Mm)的速度是v，由动量守恒得出：(Mm)vmv得v，由上式可知：m越大，v越大，v越大。故选项A、C正确。答案AC4.如图4所示，一个倾角为的直角斜面体静置于光滑水平面上，斜面体质量为M，顶端高度为h。今有一质量为m的小物体，沿光滑斜面下滑，当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时，斜面体在水平面上移动的距离是()图4A. B. C. D.解析此题属“人船模型”问题，m与M组成的系统在
13、水平方向上动量守恒，设m在水平方向上对地位移为x1，M在水平方向对地位移为x2，因此0mx1Mx2。且x1x2。由可得x2，故选项C正确。答案C5.课外科技小组制作一只“水火箭”，用压缩空气压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2104m3/s，喷出速度保持为对地10 m/s。启动前火箭总质量为1.4 kg，则启动2 s末火箭的速度可以达到多少？(已知火箭沿水平轨道运动阻力不计，水的密度是103 kg/m3)解析“水火箭”喷出水流做反冲运动，设火箭原来总质量为M，喷出水流的流量为Q，水的密度为，水流的喷出速度为v，火箭的反冲速度为v，由动量守恒定律得(MQt)vQtv，火箭启动后2 s末
14、的速度为v m/s4 m/s。答案4 m/s1.一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后发射一发炮弹，设两炮弹质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是()A.动量不变，速度增大 B.动量变小，速度不变C.动量增大，速度增大 D.动量增大，速度减小解析整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变。又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大。答案A2.某人站在静止于水面的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，下列说法不正确的是()A.人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比B.人走到船尾不再走动，
15、船也停止不动C.不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比D.船的运动情况与人行走的情况无关解析由动量守恒定律可知，选项A、B、C正确，D错误。答案D3.下列不属于反冲运动的是()A.喷气式飞机的运动 B.直升机的运动C.火箭的运动 D.反击式水轮机的运动解析喷气式飞机和火箭都是靠喷出气体，通过反冲获得前进的动力；直升机运动是飞机螺旋桨与外部空气作用的结果，不属于反冲运动；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，水轮机通过反冲获得动力，喷气式飞机和火箭都是靠反冲运动获得动力，故只有选项B不属于反冲运动。答案B4.静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量
