高中物理 第十六章 动量守恒定律 第5节 反冲运动火箭

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※了解反冲运动在航天航空中的应用知识导图知识点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。

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。

5反冲运动火箭[目标定位] 1.生疏反冲运动，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力量.3.了解火箭的飞行原理及打算火箭最终速度大小的因素．一、反冲运动1．反冲：依据动量守恒定律，假如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，另一部分必定向相反的方向运动．2．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，可以自动转变喷水的方向．(2)防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的精确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以削减反冲的影响．想一想为什么反冲运动系统动量守恒？答案反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的总动量是守恒的．二、火箭1．工作原理：火箭的工作原理是反冲运动，其反冲过程动量守恒．它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前的速度．2．影响火箭获得速度大小的因素(1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2__000～4__000 m/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，打算于火箭的结构和材料．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．一、对反冲运动的理解1．反冲运动的特点及遵循的规律(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果．(2)条件：①系统不受外力或所受外力之和为零；②内力远大于外力；③系统在某一方向上不受外力或外力分力之和为零；(3)反冲运动遵循动量守恒定律．2．争辩反冲运动应留意的两个问题(1)速度的反向性对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲与抛出部分必定相反．(2)速度的相对性一般都指对地速度．例1图16－5－1质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧，静置于光滑水平桌面上，当用板拦住小球A而只释放B球时，B球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上，如图16－5－1所示．若再次以相同力压缩该弹簧，取走A左边的挡板，将A、B同时释放，则B球的落地点距桌边()A.s2 B.2s C．s D.22s答案D解析挡板拦住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有E p＝12m v2B，挡板撤走后，弹性势能被两球平分，则有E p＝2×12m v B′2，由以上两式解得v B′＝22v B，由于B球抛出后做平抛运动，s＝v0t＝v02hg所以D对．针对训练图16－5－2如图16－5－2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α，炮弹出口时相对于地面的速度为v 0.不计炮车与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度v 为________．答案 m v 0cos αM解析 取炮弹与炮车组成的系统为争辩对象，因不计炮车与地面的摩擦，所以水平方向动量守恒．炮弹放射前，系统的总动量为零，炮弹放射后，炮弹的水平分速度为v 0cos α，依据动量守恒定律有：m v 0cos α－M v ＝0所以炮车向后反冲的速度为v ＝m v 0cos αM .二、火箭的原理1．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Mm (火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比)两个因素打算．2．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争辩对象，取相互作用的整个过程为争辩过程，运用动量守恒的观点解决问题．例2 一火箭喷气发动机每次喷出m ＝200 g 的气体，气体离开发动机喷出时的速度v ＝1 000 m/s.设火箭质量M ＝300 kg ，发动机每秒钟喷气20次． (1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？ (2)运动第1 s 末，火箭的速度多大？ 答案 (1)2 m/s (2)13.5 m/s解析 火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解． (1)选取整体为争辩对象，运用动量守恒定律求解． 设喷出三次气体后火箭的速度为v 3，以火箭和喷出的三次气体为争辩对象，据动量守恒定律得：(M －3m )v 3－3m v ＝0，故v 3＝3m v M －3m＝2 m/s(2)发动机每秒钟喷气20次，以火箭和喷出的20次气体为争辩对象，依据动量守恒定律得：(M －20m )v 20－20m v＝0，故v 20＝20m vM －20m＝13.5 m/s.借题发挥 分析火箭类问题应留意的三个问题(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，必需取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为争辩对象．留意反冲前、后各物体质量的变化．(2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否为同一参考系，假如不是同一参考系要设法予以调整，一般状况要转换成对地的速度．(3)列方程时要留意初、末状态动量的方向．反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的． 三、反冲运动的应用——“人船模型” 1．“人船模型”问题两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒．在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比．这样的问题归为“人船模型”问题． 2．人船模型的特点(1)两物体满足动量守恒定律：m 1v 1－m 2v 2＝0.(2)运动特点：人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即x 1x 2＝v 1v 2＝m 2m 1.(3)应用此关系时要留意一个问题：即公式v 1、v 2和x 一般都是相对地面而言的． 例3图16－5－3如图16－5－3所示，长为L 、质量为M 的小船停在静水中，质量为m 的人从静止开头从船头走到船尾，不计水的阻力，求船和人相对地面的位移各为多少？。

《反冲运动火箭》教学设计教学目标：一、物理观念认识反冲运动，并能举出几个反冲运动的实例。

二、科学思维1.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；2.从古代火箭的介绍到现代火箭的原理分析，使学生知道火箭的飞行原理和主要用途。

三、实验探究通过实验探究认识反冲运动，火箭的飞行原理。

四、科学态度和责任从中国航天事业的发展和习主席的有关航天金句，激励学生勤奋学习，报效祖国，为我国的航空航天事业做出贡献。

培养爱国主义精神，增强民族自豪感。

教学重点和难点：重点：1.知道什么是反冲现象;2.体验研究火箭运动，得出规律的过程。

难点：从各种运动中抽象出反冲运动的规律教学方法：教师启发引导，学生讨论、交流、实验等。

教学工具：气球小车、视频资料、多媒体课件等。

教学过程：明确课题，PPT展示学习目标一、新课引入：师：播放有关反冲的视频资料（土火箭的发射过程），提醒同学们注意观察现象，描述现象。

生：请初步指出视频中的运动情景特点师：引导明确反冲运动，引出第一个要点——反冲运动。

二、新课教学：（一）反冲运动1、实验探究反冲运动的特点：师：展示实验器材，抛出问题：不借助外力怎么让小车运动起来？生：献计献策，参与实验探究。

思考与讨论（小组）：以上现象有没有共同之处？若有，共同点是什么？生：回答师：展示（共同点：1、静止的物体在内力的作用下分成两个部分；2、两部分运动方向相反）2、引导总结反冲运动的定义：一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。

这个现象叫做反冲。

思考与讨论：分别从力、动量、能量的角度总结出反冲运动所遵循的规律。

特点（3个）：1、内力远大于外力；2、系统动量守恒；3、系统动能增加。

同学们想一想生活中有哪些运动是反冲运动？学生举例——（二）反冲运动的应用师：补充展示反冲运动的例子即学即练：1T、（选择题）提问：学生说思路；2T、（计算题）规范要求：学生自主解答并板演展示，师生共同点评。

高中物理第十六章动量守恒定律5 反冲运动、火箭两个简单反冲运动实验素材新人教版选修3-5
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5 反冲运动、火箭
实验一
装置:在玻璃板上放一辆小车，小车上用透明胶带粘中一块浸有酒精的棉花.
实验做法:点燃浸有酒精的棉花，管中的酒精蒸气将橡皮塞冲出，同时看到小车沿相反方向运动。

实验二
用可乐瓶做一个水火箭,方法是用一段吸管和透明胶带在瓶上固定一个导向管,瓶口塞一橡皮塞,在橡皮塞上钻一孔，在塞上固定一只自行车车胎上的进气阀门，并在气门芯内装上小橡皮管,在瓶中先注入约1/3体积的水，用橡皮塞把瓶口塞严，将尼龙线穿过可乐瓶上的导向管，使线的一端拴在门的上框上,另一端拴在板凳腿上，要使线拉直，将瓶的进气阀与打气筒相接，向筒内打气到一定程度时,瓶塞脱开，水从瓶口喷出，瓶向反方向飞去。

第十六章 第五节 反冲运动火箭1．(山东潍坊一中2016～2017学年高二下学期检测)“爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”，爆竹声响是辞旧迎新的标志，是喜庆心情的流露。

有一个质量为3m 的爆竹斜向上抛出，到达最高点时速度大小为v 0、方向水平向东，在最高点爆炸成质量不等的两块，其中一块质量为2m ，速度大小为v ，方向水平向东，则另一块的速度是( C )A ．3v 0－vB ．2v 0－3vC ．3v 0－2vD ．2v 0＋v解析：在最高点水平方向动量守恒，由动量守恒定律可知，3mv 0＝2mv ＋mv ′，可得另一块的速度为v ′＝3v 0－2v ，故C 正确。

2．(湖北省部分重点中学2016～2017学年高二下学期质检)如图所示，一个质量为m 1＝50kg 的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。

气球和长绳的总质量为m 2＝20kg ，长绳的下端刚好和水平面接触。

当静止时人离地面的高度为h ＝5m 。

如果这个人开始沿绳向下滑，当他滑到绳下端时，他离地面高度是(可以把人看作质点)( B )A ．5mB ．3.6mC ．2.6mD ．8m解析：当人滑到绳下端时，如图所示，由动量守恒，得m 1h 1t ＝m 2h 2t，且h 1＋h 2＝h 。

解得h 1＝1.4m ；所以他离地高度H ＝h －h 1＝3.6m ，故选项B 正确。

3．(安徽合肥2016～2017学年高二下学期三校联考)某学习小组在探究反冲运动时，将质量为m 1的一个小液化气瓶固定在质量为m 2的小玩具船上，利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。

现在整个装置静止放在平静的水面上，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v 1，如果在Δt 的时间内向后喷射的气体的质量为Δm ，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δm 的气体后，小船的速度是多少？答案：Δmv 1m 1＋m 2－Δm解析：由动量守恒定律得：(m 1＋m 2－Δm )v 船－Δmv 1＝0 得：v 船＝Δmv 1m 1＋m 2－Δm。

反冲运动火箭［A组素养达标］1．（多选）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．火箭的运动D．反击式水轮机的运动解析：反冲现象是一个物体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动，故直升机不是反冲现象．答案：ACD2．如图所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为( )A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－错误!v2D．v0＋错误!(v0－v2)解析：忽略空气阻力和分离前后系统质量的变化,卫星和箭体整体分离前后动量守恒，则有（m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2,整理可得v1＝v0＋错误! (v0－v2),故D项正确．答案：D3.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门,分别为S1、S2、S3、S4(图中未全画出)．要使小车向前运动,可采用的方法是( ) A．打开阀门S1B．打开阀门S2C．打开阀门S3D．打开阀门S4解析:根据反冲特点，当阀门S2打开时,小车将受到向前的推力,从而向前运动，故选项B正确，A、C、D均错误．答案：B4．将质量为1。

00 kg的模型火箭点火升空,50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s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．30 kg·m/s B．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/s D．6。

3×102kg·m/s解析：由于喷出过程中重力和空气阻力可忽略，则模型火箭与燃气组成的系统动量守恒．燃气喷出前系统静止，总动量为零，故喷出后瞬间火箭的动量与喷出燃气的动量等值反向,可得火箭的动量大小等于燃气的动量大小，则|p火｜＝|p气｜＝m气v气＝0.05 kg×600m/s＝30 kg·m/s，A正确．答案：A5．静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量为Δm 的高温气体后．火箭的速度为( )A.错误!B．－错误!C.错误!D．－错误!解析：此题属于反冲运动,遵循动量守恒定律，设火箭的对地速度为v,则有0＝(M－Δm)v＋Δmv0，所以v＝－错误!，故答案选B。