2024年
第五节 反冲运动 火箭
学 习 目 标
※ 了解反冲运动的动量守恒 ※※ 明确反冲运动问题的处理方法，巩固前面所学知识 ※
知 识 导 图
了解反冲运动在航天航空中的应用
知识点1 反冲运动
1．定义
一个静止的物体在__内力__的作用下分裂为两部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向__相反__方向运动的现象。
2．特点
(1)物体的不同部分在__内力__作用下向相反方向运动。
(2)反向运动中， 相互作用力一般较大，通常可以用__动量守恒定律__来处理。 3．反冲现象的应用及防止
(1)应用：农田、园林的喷灌装置是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__，所以用步枪射击时要把枪身抵在__肩部__，以减少反冲的影响。
知识点2 火箭
1．火箭
现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得__反作用力__向前推进的飞行器。 2．火箭的工作原理
当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的__动量__，根据动量守恒定律，火箭获得大小相等、方向相反的__动量__，因而发生连续的__反冲__现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
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3．影响火箭速度大小的因素
(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技术水平。
(2)质量比：火箭__开始飞行__时的质量与火箭除燃料外的__箭体__质量之比，现代火箭能达到的质量比不超过10。
4．现代火箭的主要用途
利用火箭作为__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等。
预习反馈
『判一判』
(1)反冲运动中动量守恒。(√)
(2)农田、园林的喷灌装置的原理是反冲运动。(√)
(3)反冲运动实际上是相互作用物体之间的一对平衡力产生的效果。(×) (4)现代火箭是利用火箭和空气间的作用力而升空的。(×) (5)用多级火箭发射卫星可以获得所需的速度。(√) 『选一选』
将静置在地面上、质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，火箭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( D )
A．v0 C．
mMB．v0 D．
Mmv0 M－mMv0 M－mm解析：根据动量守恒定律，有：mv0＝(M－m)v， 解得v＝
v0。故选项D正确。 M－mm『想一想』
两位同学在公园里划船。租船时间将到，她们把小船划向码头。当小船离码头大约2m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2m，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)。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)
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解析：若立定跳远时，人离地时速度为v，如果从船上起跳时，人离船时速度为v′，121122
船的反冲速度为v′船，由能量关系E＝mv，E＝mv′＋Mv′船
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所以v′ 探究一 对反冲运动的理解 Si kao tao lun 思考讨论 1 假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？ 提示：因为月球上没有空气，所以螺旋桨飞机无法起飞，只能配置喷气式飞机。 Gui na zong jie 归纳总结 1．反冲运动的三个特点： (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，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。 (3)反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加。 2．分析反冲运动应注意的问题 (1)速度的反向性问题 对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。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， 2024年 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，再列动量守恒定律方程。 (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。 Dian li pou xi 典例剖析 典例1 一个连同装备总质量为M＝100kg的宇航员，在距离飞船s＝45m处与 飞船处于相对静止状态，他准备对太空中的哈勃望远镜进行维修，宇航员背着装有质量为 m0＝0.5kg的氧气贮气筒，筒内有一个可以使氧气以v＝50m/s的速度喷出的喷嘴。宇航员在 维修完毕哈勃望远镜后，必须向着返回飞船方向的反方向释放氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分氧气供途中宇航员呼吸之用，宇航员的耗氧率为Q＝2.5×10kg/s，如果不考虑喷出氧气对设备与宇航员总质量的影响，则： (1)喷出多少氧气，宇航员才能安全返回飞船？ (2)为了使总耗氧量最低，应该一次喷出多少氧气？返回时间是多少？ 解题指导：本题中宇航员所带的氧气量一定，问题是要将它合理分配给呼吸和喷气两个方面使用，并能保证宇航员安全返回飞船。 解析：(1)以飞船为参考物，设沿着飞船运动的方向为正方向，并设喷出质量为m(kg)氧气时宇航员获得的速度是v′，对于“宇航员和喷出的氧气”这一系统而言，在喷气方向上由动量守恒可得： (M－m)v′－mv＝0，考虑M?m，有v′＝mv/M 宇航员返回时做匀速运动，历时t＝s/v′ 又筒内氧气的总质量满足关系为m0＝Qt＋m 联立①②③三式得：m0＝Qs·＋m 代入数据得：m1＝0.05kg，m2＝0.45kg，即宇航员喷出0.05kg或0.45kg的氧气时，返回去刚好把剩余的氧气呼吸完，假如喷出的氧气介于m1和m2之间，则返回后还有剩余的氧气，故本问题的答案是：喷出的氧气介于0.05kg～0.45kg之间，即可安全返回。 (2)为了使耗氧量最低，设喷出m(kg)氧气， 则耗氧为：Δm＝Qt＋m ④ ① ② ③ －4 Mmv 2024年 －2－2 QsM2.25×102.25×10 结合上面①②两式就有：Δm＝＋m＝＋m当m＝时，Δm有极 mvmm小值，即m＝2.25×10kg＝0.15kg，耗氧量最低，此时返回的时间为t＝ 答案：(1)0.05kg～0.45kg (2)0.15kg；600s －2 ssM＝＝600s。 v′mv〔对点训练1〕 假定冰面是光滑的，某人站在冰冻河面的中央，他想到达岸边，则可行的办法是( D ) A．步行 B．挥动双臂 C．在冰面上滚动 D．脱去外衣抛向岸的反方向 解析：由于冰面光滑，无法行走或滚动，由动量守恒定律可知，只有抛出物体获得反冲速度才能到达岸边。 探究二 火箭的工作原理 Si kao tao lun 思考讨论 2 我国宋代就发明了火箭(如图甲)，火箭上扎一个火药筒，火药筒的前端是封闭的，火药点燃后火箭由于反冲向前运动。现代火箭，原理与古代火箭相同(如图乙)，你知道我国“长征”号系列火箭是怎样先后将“神舟”号系列载人飞船送上太空的吗？ 提示：火箭靠喷射高温高压燃气获得反作用力，将“神舟”系列飞船送入太空。 Gui na zong jie 1．工作原理 归纳总结 火箭是利用了反冲原理，发射火箭时，尾管中喷射出的高速气体有动量，根据动量守恒定律，火箭就获得向上的动量，从而向上飞去。 即mΔv＋Δmu＝0
2024高中物理 第十六章 动量守恒定律 第五节 反冲运动火箭学案 新人教版选修3-5
