1、5 反冲运动 火箭,【自主预习】 1.反冲运动: (1)定义:一个静止的物体在_的作用下分裂为两部 分,一部分向某一个方向运动,另一部分必然向_ 方向运动的现象。,内力,相反的,(2)特点: 物体的不同部分在_作用下向相反方向运动。 反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用 _来处理。,内力,动量守恒定律,(3)反冲现象的应用及防止: 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_。 防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的 _,所以用步枪射击时要把枪身抵在_,以减 少反冲的影响。,旋转,准确性,肩部,2.火箭: (1)工作原理:应用了_的原理,火箭靠喷出气流的
2、反冲作用而获得巨大的_。 (2)影响火箭获得速度大小的因素: 喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度为2000 4 000 m/s。,反冲,速度,质量比:火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的_ _之比。喷气速度_,质量比_,火箭获得 的速度越大。,箭体,质量,越大,越大,(3)火箭获得的速度大小:v=- u,式中m为t时 间内_的质量,m为喷出燃气后_的质量,u 为_相对喷气前火箭的速度。,喷射燃气,火箭,燃气,【预习小测】 1.一人静止于完全光滑的水平冰面上。现欲离开冰面,下列可行的方法是 ( ) A.向后踢腿 B.手臂向前甩 C.在冰面上滚动 D.脱下外衣水平抛出,【解析】选D。选人和穿的外衣为
3、系统,由动量守恒可知,D正确,A、B错误。由于冰面光滑,人在冰面上滚动不可能成功,C错。,2.下列不属于反冲运动的是 ( ) 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】选B。喷气式飞机和火箭都是靠喷出气体,通过反冲获得前进的动力;直升机运动是飞机螺旋桨与外部空气作用的结果,不属于反冲运动;反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转,水轮机通过反冲获得动力,喷气式飞机和火箭都是靠反冲运动获得动力,故只有B不属于反冲运动。,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
4、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】选B。火箭工作中,动量守恒,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。,主题一 反冲运动 【互动探究】 探究点1 反冲运动,(1)思考“关于乌贼的运动”,说明其运动的原理。 提示:乌贼运动时,满足动量守恒定律。 乌贼运动时,先把水吸入体腔,然后再用力压水,通过身体前面的孔将水喷出,同时喷出的水对乌贼有反作用力,使身体很快地运动。,(2)在发射炮弹时,内力是否会影响系统的总动量? 提示:不影响。
5、反冲运动中,系统的内力冲量的矢量和为零,不会影响系统的动量。,(3)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。,(4)微观高速领域也存在反冲现象,微观高速领域的反冲现象是否满足动量守恒定律? 提示:动量守恒定律是普遍适用的,微观高速领域的反冲现象也满足动量守恒定律。,探究点2 反冲运动的特点及应用 (1)乌贼加速运动或在发射炮弹过程中系统动量守恒吗?系统机械能守恒吗? 提示:总动量守恒,或某方向动量守恒,但机械能增加。,(2)试举例说明
6、反冲运动有哪些应用。 提示:反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出,使转轮由于反冲而旋转,从而带动发电机发电。喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速度。,(3)试举例说明反冲运动的危害。 提示:射击时,子弹向前飞去,枪身向后运动,发生反冲,这就会影响射击的准确性。,【探究总结】 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,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总动能增加。,2.反冲运动中可应用动量守恒定律的三种情况: (1)系统不受外力或所受外力之和为零。 (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。,(3)系统虽然所
7、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。,【典例示范】 一个质量为m的物体从高处自由下落,当物体下落h距离时突然炸裂成两块,其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置,求刚炸裂时另一块的速度v2。,【解题指南】(1)因为炸裂时爆炸力远大于重力,系统在竖直方向的动量可认为近似守恒。 (2)若规定向下为正方向,则炸裂结束瞬间质量为m1的一块速度为负值。,【解析】取竖直向下的方向为正方向,炸裂前的两部分 是一个整体,物体的动量为p=mv=m 刚炸裂时向上运动并返回
8、开始下落位置的一块质量为 m1,其速度大小与炸裂前相同,动量方向与规定的正方 向相反。 p1=m1v1=-m1,由动量守恒定律有mv=m1v1+(m-m1)v2 联立解得:v2= 由于v20,说明炸裂后另一块的运动方向竖直向下。 答案: ,方向竖直向下,【探究训练】 1.(多选)(2018日照高二检测)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
9、到的力的大小一定相等,【解析】选C、D。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,所以A、B不能确定;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。,2.(2018福州高二检测)质量为m的人站在质量为2m的平板小车上,以共同的速度在水平地面上沿直线前行,车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比。当车速为v0时,人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后跳下。跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计,则能正确表示车运动的v-t图象为 ( ),【解析】选B。人和车以共同的速度在水平地面上沿直线前行,做匀减速直线运动,当车速为v0时,人从车上以相对于地面大小为v0
10、的速度水平向后跳下,跳离前后系统动量守恒,规定车的速度方向为正方向,则有(m+2m)v0=2mv+(-mv0),得v=2v0,人跳车后做匀减速直线运动,车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比,所以人跳车前后,车的加速度不变,所以能正确表示车运动v-t图象的是B。故选B。,【补偿训练】 如图所示,进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80kg和100 kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0.1m/s。A将B向空间站方向轻推后,A的速度变为0.2m/s,求此时B的速度大小和方向。,【解析】根据动量守恒,(mA+mB)v0=mAvA+mBvB,代入数据可解得vB=0.02m/s,方向
11、为离开空间站方向。 答案:0.02m/s 远离空间站方向,【通法悟道】反冲运动中速度反向性问题分析 (1)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。 (2)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。,主题二 火箭 【互动探究】 1.如图是利用火箭发射卫星的情景,请思考:火箭运动是否为反冲现象?提示:火箭运动是反冲运动。,2.火箭飞行利用了怎样的工作原理?在分析火箭运动问题时可否应用动量守恒定律? 提示:火箭靠向后连续喷射高速气体飞行,利用了反冲原理。由于火箭与高温、高速燃气组成的系统内力
12、很大,远大于系统所受重力及阻力,故可应用动量守恒定律。,3.根据“火箭喷气后增加的速度v的计算结果”,分析提高火箭飞行速度的可行办法。 提示:火箭喷气后增加的速度v=- u,其中m是喷射燃气的质量,m是喷出燃气后火箭的质量,u是喷出的燃气相对喷气前火箭的速度,据此得提高火箭飞行速度的办法有:,提高喷气速度。 提高喷出的气体与火箭的质量比。 使用多级火箭,一般为三级。,【探究总结】 1.火箭的运动是反冲运动的典型应用。 2.火箭运动中,虽然合外力不为零,但由于内力远大于外力,故可看作动量守恒。 3.火箭运动中,其他形式的能转化为机械能,机械能增加。,【典例示范】 火箭相对地面匀速飞行的速度为v0
13、,某时刻的总质量为M,现火箭发动机向后喷出气体,若每次喷出的气体质量恒为m,相对于火箭的速度大小恒为u,不计空气阻力和地球引力,求第二次气体喷出后火箭的速度为多大。,【解题指南】(1)题目中的速度u的参照系是相对于火箭的,而不是相对于地面的,不能直接代入动量守恒公式。 (2)若喷出气体后火箭速度分别为v1、v2,喷出的气体对地速度分别是v1-u和v2-u。,【解析】火箭与被喷气体组成的系统不受外力作用,动量守恒。以v0方向为正方向,设喷出第一次气体、第二次气体后火箭速度分别为v1、v2,应用动量守恒定律,对第一次喷气过程有: Mv0=(M-m)v1+m(v1-u),对第二次喷气过程有:(M-m
14、)v1=(M-2m)v2+m(v2-u) 二式联立解得火箭喷出第二次气体后的速度为 v2= 答案:,【探究训练】 1.(多选)(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,【解析】选A、C。设原来的总质量为M,喷出的气体质 量为m,速度是v,剩余的质量(M-m)的速度是v,由动量 守恒得出:(M-m)v=mv得:v= ,由上式可知:m 越大,v越大,v越大。故A、C正确。,2.(2018南京高二检测)课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动。假
15、如喷出的水流流量保持为210-4m3/s,喷出速度保持为对地10m/s。启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少?(已知火箭沿水平轨道运动阻力不计,水的密度是103kg/m3)。,【解析】“水火箭”喷出水流做反冲运动,设火箭原来总质量为M,喷出水流的流量为Q,水的密度为,水流的喷出速度为v,火箭的反冲速度为v,由动量守恒定律得(M-Qt)v=Qtv 火箭启动后2s末的速度为 v= =4m/s。 答案:4m/s,【补偿训练】 如图所示,火炮(炮管水平)连同炮弹 的总质量为M,在水平路面上以v1的速 度向右匀速行驶,发射一枚质量为m的 炮弹后,火炮的速度变为v2,仍向右行驶
16、,则炮弹相对炮筒的发射速度v0为 ( ),【解析】选B。火炮水平匀速行驶时,牵引力与阻力平 衡,系统动量守恒,设向右为正方向,发射前总动量为 Mv1,发射后系统的动量之和为(M-m)v2+m(v0+v2),则 由动量守恒定律可得:Mv1=(M-m)v2+m(v0+v2),解得,【通法悟道】火箭发射中的相对速度以及质量变化问题 (1)火箭发射问题中,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。,(2)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。,【课堂小结】,
