1.6反冲现象 火箭（学案）-高中物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一章 第6节 反冲现象 火箭
学习目标
1.经历实验探究，认识反冲运动，能举出几个反冲运动的实例。
2.结合动量守恒定律对反冲现象做出解释;进一步提高运用动量守恒定律分析和解
决实际问题的能力。
3.知道火箭的飞行原理和主要用途，了解我国的航空、航天事业的巨大成就，
我们热爱祖国的情感。
重点难点
1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用.（重点）
2.知道反冲运动的原理．(重点)
3.掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题．(重点、难点)
4.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素．(难点)
自主探究
一、反冲运动
1．定义
根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫做反冲．
2．反冲原理
反冲运动的基本原理是动量守恒定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的其他部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量．
3．公式
若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．
二、火箭
1．原理
火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大速度．
2．影响火箭获得速度大小的因素
一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．
课堂小测
(1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相反． (√)
(2)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理． (√)
(3)火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭的反作用力作用的结果． (×)
(4)在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行． (√)
(5)火箭发射时，火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能． (√)要
要点探究
反冲运动
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，内力做功，有其他形式的能转变为动能，所以系统的总动能增加
2、反冲运动中，以下三种情况均可应用动量守恒定律解决。
(1)系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。
(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，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。
(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。
3、分析反冲运动应注意的问题
(1)速度的反向性问题
以反冲前的系统为参考系，则反冲前的系统动量为0，反冲后；抛出部分的速度与剩余部分的速度方向相反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。
(2)相对速度问题
反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度。由于动量守恒定律中要求速度为相对同一参考系的速度，通常为对地的速度。因此应先将相对速度转换成对地的速度后，再应用动量守恒定律列方程。
(3)变质量问题
在反冲运动中还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和在相互作用的 短时间内喷出的气体为研究对象，取相互作用的这个过程为研究过程进行研究。
人船模型
质量为的人站在质量为的船一端，船的长度为L,人和船均静止，若人从船的一端走到另一端，试确定人和船的位移关系。
1、处理思路:虽然人在船上走时，人与船的速度是变化的，但人与船这个系统动量守恒，故可先将每一小段的时间内的运动视为匀速运动，再利用动量守恒，确定每一小段时间t内人和船的位移关系，再确定两者通过的总的位移的关系。
设某一微小时间段t内人的速度为，船的速度为，则有，两边同时乘t，则有。
画出人和船的位移关系图，如图所示，由图知
解得两者的位移分别为，
2、使用此式解题时应注意
（1）式中的是两者相对同一惯性参考系的位移(一般相对于地面），两者方向相反，一正一负。
（2）此结论与两者相对运动的速度大小无关。其相对运动不论是匀速运动还是变速运动，甚至是往返运动，结论都是相同的，此结论跟相互作用力是恒力还是变力也无关。
方法探究
一、反冲运动的特点及遵循的规律
1、反冲运动中应用动量守恒定律的条件:①系统不受外力或所受外力的矢量和为零;②内力远大于外力;③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零。
2.反冲运动遵循的规律:动量守恒定律。
3.讨论反冲运动应注意的两个问题:
（1）速度的反向性：以反冲前的系统为参考系，反冲后，被抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反。
（2）速度的同系性：一般都转换为对地速度
二、动量守恒中的位移问题
如果相互作用的物体做变速运动，而相互作用系统动量守恒为了求解系统内各物体的位移，可用动量守恒定律来处理。
随堂训练
1.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是( )
A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭
B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭
C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭
D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭
2.将质量为的模型火箭点火升空，燃烧的燃气以大小为的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)( )
A． B．
C． D．
3.下列措施中有利于增加火箭的飞行速度的是( )
A.使喷出的气体速度增大 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
4.如图所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿的方向飞去，则另一块的运动( )
A.一定沿的方向飞去 B.一定沿的反方向飞去
C.可能做自由落体运动 D.以上说法都不对
5.如图所示，装有炮弹的火炮总质量为，炮弹的质量为，炮弹射出炮口时对地的速率为，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为（设水平地面光滑）( )
A. B. C. D.
答案以及解析
1.答案：B
解析：火箭工作的原理是火箭将燃料燃烧产生的高温高压气体从尾喷管迅速喷出,使火箭获得反冲速度,故选项B正确。
2.答案：A
解析：本题考查动量守恒定律及其相关的知识点。燃气从火箭喷口在很短的时间内喷出，其喷出过程中重力和空气阻力可忽略，因此火箭和燃气组成的系统所受合外力为零，运用动量守恒定律解答即可。燃气从火箭喷口喷出的瞬间，火箭和燃气组成的系统动量守恒，设燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为，根据动量守恒定律，可得，解得，选项A正确.
3.答案：AC
解析：增大反冲作用力有利于增加火箭的飞行速度，仅增大喷出气体的速度或质量可以增大反冲作用力，仅使喷出的气体温度更高或密度更小不能增大反冲作用力，选项AC正确，选项BD错误。
4.答案：C
解析：以整个导弹为研究对象，取的方向为正方向。根据爆炸的瞬间系统在水平方向上动量守恒，有，则得另一块的速度为，若，则，说明另一块可能沿的方向飞去；若，则，说明另一块沿的反方向飞去；若，则，说明另一块做自由落体运动，故选C。
5.答案：C
解析：炮弹和火炮组成的系统水平方向动量守恒，，得，选项C正确。
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