版物理新导学笔记选修35第十六章 5.docx

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版物理新导学笔记选修35第十六章5

5　反冲运动　火箭

知识内容

反冲运动　火箭

考试要求

b

课时要求

1.知道反冲现象并会用动量守恒定律解释.2.知道火箭的飞行原理，初步了解提高火箭质量比的有效方法.3.知道火箭的主要用途，了解人类航空、航天事业的巨大成就.

一、反冲运动

[导学探究]　在生活中常见到这样的情形：

吹饱的气球松手后喷出气体，同时向相反方向飞去；点燃“钻天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；乌贼向后喷出水后，它的身体却能向前运动，结合这些事例，体会反冲运动的概念，并思考以下问题：

（1）反冲运动的受力有什么特点？

（2）反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？

答案　

（1）物体的不同部分受相反的作用力，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，所以可以用动量守恒定律来处理；反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的机械能增加．

[知识梳理]　

1．反冲运动：

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．反冲运动的特点：

是物体间作用力与反作用力产生的效果．

3．反冲运动的条件

（1）系统不受外力或所受合外力为零．

（2）内力远大于外力．

（3）某一方向上不受外力或所受合外力为零．

4．反冲运动遵循的规律：

反冲运动遵循动量守恒定律．

二、火箭

[导学探究]　

1．火箭飞行的工作原理是什么？

答案　火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理．

2．设火箭发射前的总质量是M，燃料燃尽后的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v′.

答案　在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒．取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为mv′－（M－m）v

则由动量守恒定律得0＝mv′－（M－m）v

所以v′＝

v＝

v

3．分析提高火箭飞行速度的可行办法．

答案　由上问可知火箭喷气后最大的速度v′＝（

－1）v，

故可以用以下办法提高火箭飞行速度：

（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．

[知识梳理]

1．工作原理

应用反冲运动，其反冲过程动量守恒．火箭燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出，使火箭获得巨大的向前的速度．

2．影响火箭最终速度大小的因素

（1）喷气速度：

现代液体燃料火箭的喷气速度约为2_000～4_000m/s.

（2）火箭的质量比：

指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比．现代火箭的质量比一般小于10.

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．

[即学即用]　判断下列说法的正误．

（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）只有系统所受合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析．（　×　）

（3）反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子．（　√　）

（4）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作用的结果．（　×　）

（5）在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行．（　√　）

一、反冲运动的理解及应用

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．

例1

　反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动．如果小车运动前的总质量M＝3kg，水平喷出的橡皮塞的质量m＝0.1kg.若橡皮塞喷出时获得的水平速度v＝2.9m/s，求小车的反冲速度．（水蒸气质量忽略不计）

答案　0.1m/s　方向与橡皮塞运动的方向相反

解析　小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零．以橡皮塞运动的方向为正方向，根据动量守恒定律得，mv＋（M－m）v′＝0

v′＝－

v＝－

×2.9m/s＝－0.1m/s

负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反，反冲速度大小是0.1m/s.

例2

　如图1所示，两位同学穿着旱冰鞋，面对面站立不动，互推后向相反的方向运动，不计摩擦阻力，下列说法正确的是（　　）

图1

A．互推后两同学总动量增加

B．互推后两同学动量大小相等、方向相反

C．分离时质量大的同学的速度小一些

D．互推过程中机械能守恒

答案　BC

解析　以两同学组成的系统为研究对象，竖直方向所受的重力和支持力平衡，合力为零，水平方向上不受外力，故系统的动量守恒，原来的总动量为零，互推后两同学的总动量保持为零，即两同学的动量大小相等、方向相反，故A错误，B正确；根据动量守恒定律得0＝Mv1－mv2，分离时速度与质量成反比，即质量大的同学的速度小，故C正确；互推过程中作用力和反作用力对两同学做正功，系统总动能增加，故机械能不守恒，故D错误．

二、火箭问题分析

1．火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用．

2．分析火箭类问题应注意火箭在运动过程中，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．

例3

　（2017·杭州高二检测）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

答案　AC

解析　设原来火箭的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，喷出气体后的火箭的质量为（M－m），速度是v′，由动量守恒定律得：

（M－m）v′＝mv，得：

v′＝

，可知：

m越大，v越大，v′越大，故A、C正确．

1．（反冲运动的认识）（2018·玉环中学月考）下列属于反冲运动的是（　　）

A．喷气式飞机的运动

B．直升机的运动

C．炮弹射向目标的运动

D．反击式水轮机的运动

答案　AD

解析　喷气式飞机是通过喷出气流的反冲作用而飞行的，反击式水轮机是使经过叶轮的水向某一方向运动而获得反方向的运动，故均为反冲运动，A、D正确；直升机是靠外界空气的反作用力为动力而运动的，而射向目标的炮弹是大炮给予推力获得初速度，不是反冲运动，选项B、C错误．

2．（反冲运动的应用）假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是（　　）

A．向后踢腿

B．手臂向后甩

C．在冰面上滚动

D．脱下外衣水平抛出

答案　D

解析　向后踢腿和手臂向后甩，都是人体间的内力，不会使人前进，选项A、B错误．在光滑冰面上由于不存在摩擦力，故无法完成滚动动作，选项C错误．而抛出衣服能获得反方向的速度，故可滑离冰面，选项D正确．

3．（火箭的工作原理）运载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．燃料推动空气，空气的反作用力推动火箭

B．火箭发动机用力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，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭

D．火箭燃料燃烧放热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭

答案　B

解析　火箭的工作原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷管迅速喷出时使火箭获得反冲速度，故正确答案为B.

选择题

考点一　反冲运动的认识

1．下列属于反冲运动的是（　　）

A．向后划水，船向前运动

B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退

C．用力向后蹬地，人向前运动

D．水流过水轮机时，水轮机旋转方向与水流出方向相反

答案　BD

解析　反冲运动是物体在内力作用下分为两部分，这两部分的运动方向相反．选项A是桨与外部水的作用，选项C是人脚与外部地面的作用，都不属于反冲运动，选项B中子弹与枪身是系统中的两部分，选项D中水流过水轮机内部，是系统中的两部分，选项B、D正确．

2．下列所描述的事例或应用中，利用反冲原理的是（　　）

A．喷灌装置的自动旋转

B．章鱼在水中前行和转向

C．运载火箭发射过程

D．码头边轮胎的保护作用

答案　ABC

3．下列关于反冲运动的说法，正确的是（　　）

A．抛出物的质量m1要小于剩余部分的质量m2才能获得反冲

B．若抛出物的质量m1大于剩余部分的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力

C．反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用

D．抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律

答案　D

解析　反冲运动是指由于系统的一部分物体向某一方向运动，而使另一部分向相反方向运动，与质量无确定关系，故选项A错误；在反冲运动中，两部分之间的作用力是一对作用力与反作用力，它们大小相等、方向相反，故选项B错误；在反冲运动中一部分受到的另一部分的作用力产生了该部分的加速度，使该部分的速度逐渐增大，在此过程中对每一部分牛顿第二定律都成立，故选项C错误，选项D正确．

考点二　反冲运动的分析应用

4．手持铁球的跳远运动员起跳后，当他运动到最高点时欲提高跳远成绩，运动员应将手中的铁球（　　）

A．竖直向上抛出B．向前方抛出

C．向后方抛出D．竖直向下抛出

答案　CD

解析　要提高跳远成绩，要么使运动员获得更大的水平速度，C选项可实现；要么使运动员延长运动时间，D选项可实现．

5．如图1所示，质量为m的人站在质量为M的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边，已知m

图1

A．人向左运动的同时，船向右运动，人停止运动，船也停止运动

B．人向左运动的同时，船向右运动，人停止运动后，船由于惯性会继续向右运动

C．某时刻人向左运动的速度小于船向右运动的速度

D．某时刻人向左运动的速度大于船向右运动的速度

答案　AD

解析　以人运动的方向为正方向，由动量守恒定律得0＝mv－Mv′得v>v′，D正确，C错误；同时知人的速度v＝0时，船的速度v′＝0，A正确，B错误．

6．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图2所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4（图中未画出），要使小车向前运动，可采用的方法是（　　）

图2

A．打开阀门S1B．打开阀门S2

C．打开阀门S3D．打开阀门S4

答案　B

解析　根据水和车组成的系统动量守恒，设喷出的水的质量为m水，车和剩下的水的质量为m车，原来系统总动量为零，由0＝m水v水＋m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出，选项B正确．

7．（2017·浙江名校新高考研究联盟第一次联考）如图3所示是两组短道速滑选手在接力瞬间的照片，在短道速滑接力时，后面队员把前面队员用力推出（推出过程中可忽略运动员受到冰面水平方向的作用力），以下说法正确的是（　　）

图3

A．接力过程中前面队员动能增加量等于后面队员动能减小量

B．接力过程中前面队员受到的冲量和后面队员受到的冲量大小相等、方向相反

C．接力过程中前后两名队员总动量增加

D．接力过程中前后两名队员总动量不变

答案　BD

解析　由动量守恒定律知接力过程中两队员组成的系统动量守恒，总动量不变，D正确，C错误．由牛顿第三定律，接力过程中F1＝－F2.故两队员受到的冲量大小相等、方向相反，B正确．Δp1＝－Δp2，但动能的变化量不相等，A错误．

8．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，物体炸裂成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受到的力大小一定相等

答案　CD

解析　爆炸后系统的总机械能增加，但不能确定a、b两块的速度大小及b块的速度方向，所以A、B错；因炸开后两者都做平抛运动，且高度相同，故C对；由牛顿第三定律知D对．

9.如图4所示，具有一定质量的小球A固定在轻杆一端，另一端挂在小车支架的O点，用手将小球拉至水平，此时小车静止于光滑水平面上，放手让小球摆下与B处固定的橡皮泥碰击后粘在一起，则在此过程中小车将（　　）

图4

A．向右运动

B．向左运动

C．静止不动

D．小球下摆时，小车向左运动，碰撞后又静止

答案　D

解析　这是反冲运动，由动量守恒定律可知，小球下摆时水平方向速度向右，小车向左运动；小球静止，小车也静止．

10．如图5所示，一辆小车静置于光滑水平面上，车的左端固定有一个水平弹簧枪，车的右端有一个网兜．若从弹簧枪中发射出一粒弹丸，弹丸恰好能落入网兜中．从弹簧枪发射弹丸以后，下列说法中正确的是（　　）

图5

A．小车向左运动一段距离然后停下

B．小车先向左运动又向右运动，最后回到原位置停下

C．小车一直向左运动下去

D．小车先向左运动，后向右运动，最后保持向右匀速运动

答案　A

考点三　火箭问题分析

11．一航天器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是（　　）

A．探测器加速运动时，沿直线向后喷气

B．探测器加速运动时，竖直向下喷气

C．探测器匀速运动时，竖直向下喷气

D．探测器匀速运动时，不需要喷气

答案　C

解析　探测器加速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿加速度方向，选项A、B错误；探测器匀速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零，根据反冲运动的特点可知选项C正确，选项D错误．

12.如图6所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机把前舱的水均匀的抽往后舱，不计水的阻力，下列说法中正确的是（　　）

图6

A．若前后舱是分开的，则前舱将向后加速运动

B．若前后舱是分开的，则前舱将向前加速运动

C．若前后舱不分开，则船将向后加速运动

D．若前后舱不分开，则船将向前加速运动

答案　B

解析　前后舱分开时，前舱和抽出的水相互作用，靠反冲作用前舱向前加速运动，若不分开，前后舱和水是一个整体，则船不动．