(浙江专版)2019年高中物理第十六章动量守恒定律第5节反冲运动、火箭课件新人教版选修3_5

(3)反冲运动中存在相互作用的物体间发生相对运动，已 知条件中常常告知物体的相对速度，在应用动量守恒定律时， 应将相对速度转换为绝对速度(一般为对地速度)。
[典例 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(图中未全画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是( )
箭本身和相互作用的时间内喷出的气体为研究对象。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．火箭是通过燃料推空气，空气反过来对火箭产生推力完成工
作的。
(× )
2．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大。(√ )
[释疑难·对点练]
1．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。决定于火箭的结构和材料。现代火箭能达 到的质量比一般不超过 10。喷气速度越大，质量比越大，火 箭获得的速度越大。 2．用途 主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头、人造卫星 或宇宙飞船，是宇宙航行的运载工具。
第5节
反冲运动 火箭
反冲运动
[探新知·基础练]
1．反冲定义 一个静止的物体在 内力 的作用下分裂为两部分，一部分向 某一个方向运动，另一部分必然向 相反 的方向运动的现象。
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)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用_动__量__守__ _恒__定__律__来处理。
[解析] 选人和船组成的系统为研究对象，由于在人从 船头走到船尾的过程中，系统动量守恒，人起步前系统的总 动量为 0。当人加速前进时，船加速后退，人停下时，船也 停下来。设某一时刻人的速度为 vm，船的速度为 vM，根据 动量守恒定律有：
mvm－MvM＝0 即vvMm＝Mm
因为在人从船头走到船尾的整个过程中，每一时刻系统都满
C．人在船上走动过程中，人对水面的位移是船对水面位移的
9倍
D．人在船上走动过程中，人的动能是船的动能的 8 倍
解析：人船系统动量守恒，总动量始终为零，因此人、船动量 等大，速度与质量成反比，A 错误；人“突然停止走动”是指 人和船相对静止，设这时人、船的速度为 v，则(M＋m)v＝0， 所以 v＝0，说明船的速度立即变为零，B 错误；人和船系统动 量守恒，速度和质量成反比，因此人的位移是船的位移的 8 倍， C 错误；动能、动量关系 Ek＝2pm2 ∝m1 ，人在船上走动过程中 人的动能是船的动能的 8 倍，D 正确。 答案：D
2．平静的水面上停着一只小船，船头站立着一个人，船的质量
是人的质量的 8 倍。从某时刻起，这个人向船尾走去，走到
船中部他突然停止走动。水对船的阻力忽略不计。下列说法
中正确的是
()
A．人走动时，他相对于水面的速度和小船相对于水面的速度
大小相等、方向相反
B．他突然停止走动后，船由于惯性还会继续走动一小段时间
(3)速度的相对问题： 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。 (4)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。
率为 v＝M－m mv0，D 正确。
答案：D
反冲的理解与应用
反冲运动的产生是系统内力作用的结果，两个相互作 用的物体 A、B 组成的系统，A 对 B 的作用力使 B 获得某 一方向的动量，B 对 A 的反作用力使 A 获得相反方向的动 量，从而使 A 沿着与 B 相反的方向做反冲运动。
应用动量守恒定律分析反冲运动的有关特性时，必须注意的 问题：
③系统所受外力之和不为零，系统的动量不守恒，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，即系统的动量在该方向上的分量保持不变。
(2)速度的方向性问题： 对于原来静止的整体，抛出具有一定速度的整体的一部 分后，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，则反方向的另一部分的速度应取负值。
4．(多选)一人从泊在码头边的船上往岸上跳，若该船的缆绳并
没拴在码头上，则下列说法中正确的有
()
A．船越轻小，人越难跳上岸
B．人跳跃时相对船速度大于相对地速度
C．船越重越大，人越难跳上岸
D．人跳时相对船速度等于相对地速度
解析：人尽力往岸上跳时，人做的功是确定的，且全部转化成 了人与船的动能。设船的质量为 m1，人的质量为 m2，跳后人 与船的动量大小均为 p，则 Ek 人＝2pm22，Ek 船＝2pm21，因 Ek 人＋ Ek 船为定值，故 m1 越小，p 越小，故 A 对；人、船相对运动， 因此说人跳跃时相对船速度大于相对地速度，故 B 正确。 答案：AB
[试身手]
2．(福建高考)将静置在地面上，质量为 M(含燃料)的火箭模型点
火升空，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
()
A.Mmv0
B.Mmv0
C.MM－mv0
D.M－m mv0
解析：由动量守恒定律有 mv0＝(M－m)v，可得火箭获得的速
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。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．反冲运动中若物体分成两部分，这两部分的动量一定相同。
A．打开阀门 S1 B．打开阀门 S2 C．打开阀门 S3 D．打开阀门 S4
[解析] 根据水和小车组成的系统动量守恒，原来系统 动量为零，由 0＝m 水 v 水＋m 车 v 车知，小车的运动方向与水 的运动方向相反，故水应向后喷出，选项 B 正确。
[答案] B
人船模型 [典例 2] 如图所示，长为 L、质量为 M 的小船停在静水中， 一个质量为 m 的人站立在船头，若不计水的阻力，当人从船头走 到船尾的过程中，船和人相对地面的位移各是多少？
----------------------[课堂小结] -------------------
M M＋mL
[课堂对点巩固]
1．(多选)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：选项 A、C、D 中，三者都是自身的一部分向一方向
运动，而剩余部分向反方向运动，而直升机是靠外界空气的
反作用力作为动力，所以 A、C、D 对，B 错。
答案：ACD
2．做反冲运动的这部分物体满足动量守恒定律。
(× ) (√ )
[释疑难·对点练]
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．讨论反冲运动应注意的问题 (1)适合用动量守恒定律解决的三种反冲运动问题： ①系统不受外力或所受外力之和为零，且满足动量守恒的条件； 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；
(1)剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说，两者运动方向必 然相反，做数值计算时，注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，列表达式时，也可以把负 号包含在相关字母中；也可直接列出两部分动量大小相等的方程。
(2)把物体中的一部分抛出和剩余部分产生反冲都需要经历一 个过程，直到部分物体离开整体的瞬间，两者的速度差达到最大。 因此，若题中已知抛掷物体的速度是相对于剩余部分而言，应理 解为相对于“抛出”这一瞬间。
火箭的工作原理是 反冲 运动，其 反冲 过程动量守恒。它
是靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前速度的。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。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。当然，
随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，研究时应该取火
[试身手]
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
()
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：因为冰面光滑，无法行走和滚动，由动量守恒定律知，
只有脱去外衣抛向岸的反方向，获得反冲速度才能到达岸边。
D 正确。
答Hale Waihona Puke ：D火箭工作原理[探新知·基础练]
3．(多选)采取下列措施有利于增大喷气式飞机的飞行速度的是 ()
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：把喷气式飞机和喷出的气体看成系统，设原来总质量 为 M，喷出的气体质量为 m，速度是 v，剩余质量(M－m)的 速度为 v′，规定飞机的速度方向为正方向，由动量守恒得 mv－(M－m)v′＝0，v′＝Mm－vm。故 A、C 正确。 答案：AC
足动量守恒定律，所以每一时刻人的速度与船的速度之比都与它
们的质量之比成反比，从而可以判断，在人从船头走到船尾的过
程中，人的位移 xm 与船的位移 xM 之比，也应与它们质量之比成
反比，即xxMm＝Mm 由题图可以看出 xm＋xM＝L 以上各式联立可得：xm＝MM＋mL，xM＝M＋m mL。