1、6反冲现象火箭学 习 目 标知 识 脉 络1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用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)知识点一| 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，这个现象叫作反冲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0m1v1m2v2，此式
2、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1做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相反()2一切反冲现象都是有益的()3章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理()1反冲运动中，内力做功的代数和是否为零？【提示】不为零反冲运动中，两部分受到的内力做功的代数和为正值2两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5 m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(如图所示)，她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？【提示】这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动
3、量守恒定律在她向前跳起瞬间，船要向后运动如图所示，为一条约为180 kg的小船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，不计水的阻力探讨1：小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？【提示】摩擦力向左运动，即与人行的方向相反探讨2：当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？【提示】不运动小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零探讨3：当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图甲或如图乙的情形？为什么？甲乙【提示】不可能由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向一定相反，不可能向同一个方向运动，且人船位移比等于它们质量的反比1反冲运动的特点及遵循的规
4、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：系统不受外力或所受外力的矢量和为零内力远大于外力；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(3)反冲运动遵循动量守恒定律2讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的反向性对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反(2)速度的相对性一般都指对地速度3.“人船模型”问题(1)定义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)特点两物体满足动量守恒定律：m1v1m2v2
5、0.运动特点：人动船动，人停船停，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.应用此关系时要注意一个问题：即公式中v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的1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(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是打开阀门_解析：根据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为零，由0m水v水m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出答案：S22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
6、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？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大小为v人，气球上升的平均速度大小为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，x人h解以上各式得：Lh.答案：h解决“人船模型”应注意两点(1)适用条件：系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；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
7、移知识点二| 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1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()2在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行()3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()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】应配置喷气式飞机喷气式飞机利用反冲运动原理，可以在真空中飞行，而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行如图所示，是多级运载
8、火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作探讨1：火箭点火后能加速上升的动力是什么力？【提示】燃烧产生的气体高速向下喷出，气体产生的反作用力推动火箭加速上升探讨2：要提升运载物的最大速度可采用什么措施？【提示】提高气体喷射速度，增加燃料质量，及时脱离前一级火箭空壳1.火箭的速度设火箭在t时间内喷射燃气的质量为m，速度为u，喷气后火箭的质量为m，获得的速度为v，由动量守恒定律：0mvmu，得vu.2.决定因素火箭获得速度取决于燃气喷出速度u及燃气质量与火箭本身质量之比两个因素3.多级火箭由于受重力的影响，单级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的7.9
9、km/s，实际火箭为多级多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担，使火箭达到远远超过使用同样多的燃料的一级火箭所能达到的速度目前多级火箭一般都是三级火箭，因为三级火箭能达到目前发射人造卫星的需求3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燃料推动空气，空气反作用力推动火箭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火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭解析：火箭工作中，动量守恒
10、，当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加速，故只有B正确答案：B4(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：设火箭原来的总质量为M，喷出的气体质量为m，速度是v，剩余的质量为(Mm)，速度是v，由动量守恒得：(Mm)vmv得：v，由上式可知：m越大，v越大，v越大故A、C正确答案：AC5一火箭喷气发动机每次喷出m200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v1 000 m/s(相对地面)，设火箭质量M300 kg，发动机每秒喷气20次求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？解析：法一：
11、喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有(Mm)v1mv0所以v1第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M2m)v2mv(Mm)v1所以v2第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M3m)v3mv(M2m)v2所以v3 m/s2 m/s.法二：选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出三次气体为研究对象，据动量守恒定律，得(M3m)v33mv0所以v32 m/s.答案：2 m/s火箭类问题的三点提醒(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(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，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般情况要转换成对地的速度(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向