学习目标1.理解反冲运动的概念。(物理观念)2.知道反冲运动的原理,会用动量守恒定律解决反冲运动问题。(科学思维)3.了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素。(科学态度与责任)基础落实必备知识全过关重难探究能力素养全提升目录索引学以致用随堂检测全达标基础落实必备知识全过关一、反冲现象1.定义如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向的方向运动,这个现象叫作反冲。2.特点(1)相互作用力常为变力,且作用力大,一般都满足内力外力。(2)反冲运动中,通常可以用来处理。反冲过程中,系统机械能一般会增加3.反冲现象的应用火箭、灌溉喷水器、反击式水轮机等都是利用来工作的。相反远大于动量守恒定律反冲二、火箭的发射1.原理火箭的发射利用了。火箭燃料舱内的燃料被点燃后,产生急剧膨胀的燃气,舱壁对这部分燃气的作用力使气体从火箭尾部高速喷出,燃气对火箭的反作用力把火箭推向前方。喷出速度一般以喷前火箭为参考系2.影响火箭获得速度大小的因素一是;二是质量比(火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比)。反冲向后的喷气速度情境链接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。教材拓展阅读教材P31“发展空间”,回答现代火箭的构造主要有哪两部分组成,并简述火箭飞行的原理。提示现代火箭主要由壳体和燃料两大部分组成。壳体是圆筒形的,前端是封闭的尖端,后端是尾喷管,燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出,火箭就向前飞去。易错辨析(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、乌贼的逃跑运动利用了反冲的原理。()重难探究能力素养全提升探究点一反冲运动及应用探究点一反冲运动及应用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;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:反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化?提示反冲运动中,相互作用的内力一般情况下远大于外力,所以系统的动量守恒;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。知识归纳1.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,所以可以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。2.讨论反冲运动应注意的两个问题(1)速度的方向:对于原来静止的整体,抛出部分与剩余部分的运动方向必然相反。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,则另一部分的运动方向应为负方向。(2)变质量问题: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进行研究。3.反冲问题的三点注意(1)内力的存在不会影响系统的动量守恒。(2)内力做的功往往会改变系统的总动能。(3)要明确反冲运动对应的过程,弄清初、末状态的速度大小和方向的对应关系。应用体验【例1】反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,点燃酒精,蒸汽将橡皮塞水平喷出,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,橡皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9m/s。(1)求小车的反冲速度。(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变,方向与水平方向成60,小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?答案(1)0.1m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反(2)0.05m/s,方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反解析(1)以橡皮塞运动的方向为正方向,根据动量守恒定律有mv+(M-m)v=0负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的方向相反。(2)以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向,有mvcos60+(M-m)v=0对点演练1火箭军某部发射4枚中程弹道导弹,准确击中预定目标。发射导弹过程可以简化为将静止的质量为M(含燃料)的导弹点火升空,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,忽略喷气过程中重力和空气阻力的影响,则喷气结束时导弹获得的速度大小是()D探究点二探究点二“人船模型人船模型”导学探究如图所示,气球和软梯的总质量为m,猴子(可视为质点)的质量为10m,静止在离地面高度为h的空中。不计空气阻力,为使猴子沿软梯安全滑至地面,软梯长度至少应为多少?提示猴子、软梯和气球构成一个“人船模型”。设下降的过程中气球上升的高度为H,速度为v1,由题意可知可视为质点的猴子下落高度为h,速度为v2,猴子、软梯和气球组成的系统所受合外力为零,以竖直向上为正方向,由动量守恒定律得mv1-10mv2=0,由运动学公式h=v2t,H=v1t,解得H=10h,所以软梯长度至少为L=h+H=11h。知识归纳“人船模型”是动量守恒问题中典型的物理模型,其常见情境如下:常见情境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,即注意应用此关系时要注意一个问题:公式中的速度和位移一般都是相对地面而言的模型应用的条件一个原来处于静止状态的系统,在系统中的物体间发生相对运动的过程中,有一个方向上动量守恒应用体验【例2】如图所示,质量为60kg的人站在质量为300kg的车的一端,车长为3m,开始时人车相对于水平地面静止,车与地面间的摩擦忽略不计。在人由车的一端走到另一端的过程中,下列说法正确的是()A.人和车组成的系统机械能守恒B.由于人与车之间有摩擦力,故系统动量不守恒C.人的速率最大时,车的速率最小D.人的位移大小为2.5mD解析人由车的一端走到另一端的过程中,人和车之间的重力势能保持不变,而动能发生变化,则机械能不守恒,故A错误;人与车间的摩擦力属于系统内力,人与车组成的系统所受合外力为零,则人与车组成的系统动量守恒,故B错误;人与车组成的系统在水平方向上动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得m人v人-m车v车=0,得v人=5v车,则人的速率最大时,车的速率也最大,故C错误;设人的运动位移大小为x,则车的位移大小为L-x,则有方法技巧方法技巧“人船模型”的三个规律(1)人走船走,人停船停。对点演练2如图所示,一个质量为m的半圆槽形物体P放在光滑水平面上,半圆槽半径为R,一小球Q质量为3m,从半圆槽的最左端与圆心等高位置无初速度释放,然后滑上半圆槽右端,接触面均光滑。Q从释放到滑至半圆槽右端最高点的过程中,下列说法正确的是()A.P、Q组成的系统满足动量守恒D解析对P、Q组成的系统进行分析,由于Q在竖直方向上存在加速与减速过程,则系统所受外力的合力不为0,系统仅在水平方向所受外力的合力为0,即系统动量不守恒,系统在水平方向上动量守恒,A错误。根据水平方向动量守恒的位移表达式有mxP-3mxQ=0,P、Q的相对位移xP+xQ=2R,解得探究点三火箭原理应用探究点三火箭原理应用导学探究如图是多级运载火箭的示意图,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。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。知识归纳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v0,喷出燃气后火箭的质量为m,获得的速度为v,以喷出燃气的速度方向为正方向,由动量守恒定律有0=mv+mv0,得v=-v0。2.决定因素火箭获得的速度取决于燃气喷出的速度v0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,一级火箭达不到发射人造地球卫星所需要的速度,发射卫星时采用的火箭为多级。特别提示特别提示火箭发射问题的分析思路(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。应用体验【例3】搭载“神舟十五号”载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,成功将“神舟十五号”载人飞船送入预定轨道。如果长征二号F遥十五运载火箭(包括载人飞船、航天员和燃料)的总质量为M,竖直向上由静止开始加速,每次向下喷出质量为m的燃气,燃气被喷出时相对地面的速度大小均为v,忽略重力的影响,则第5次喷出燃气的瞬间,运载火箭的速度大小为()A解析第5次喷出燃气的瞬间运载火箭的速度为v1,此时运载火箭的质量为M-5m,忽略重力影响,运载火箭喷气过程系统动量守恒,有(M-5m)v1=5mv,解得v1=,故选A。对点演练3如图所示,某中学航天兴趣小组的同学将静置在地面上的质量为M的自制“水火箭”(含水)释放升空,在极短的时间内,质量为m的水以相对地面为v0的速度竖直向下喷出。已知重力加速度为g,空气阻力不计,下列说法正确的是()A.火箭的推力来源于火箭外的空气对它的反作用力B.水喷出的过程中,火箭和水的机械能守恒D解析火箭的推力来源于向下喷出的水对它的反作用力,故A错误;水喷出的过程中,瓶内气体做功,火箭和水的机械能不守恒,故B错误;在水喷出后的瞬间,火箭获得的速度最大,以竖直向上为正方向,由动量守恒定律有学以致用随堂检测全达标1231.(反冲运动、火箭原理应用)(多选)在地处西北戈壁荒滩的酒泉卫星发射中心,“长征”系列火箭第109次发射将“神舟七号”载人飞船发射到太空。关于飞船与火箭起飞的情形,下列说法正确的是()A.火箭尾部向下喷气,喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力,从而让火箭获得了向上的推力B.火箭尾部喷出气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力使火箭获得飞行的动力C.火箭飞出大气层后,由于没有空气,火箭虽然向下喷气,但也无法获得前进的动力D.飞船进入运行轨道之后,与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力AD123解析火箭升空时,其尾部向下喷气,火箭与被喷出的气体是一对相互作用的物体,火箭向下喷气时,喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力,即为火箭上升的推力,此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的,因而与是否飞出大气层,是否在空气中飞行无关,故B、C错误,A正确;当飞船进入轨道后,飞船与地球之间依然存在着相互吸引力,即地球吸引飞船,飞船也吸引地球,这是一对作用力和反作用力,故D正确。1232.(“人船模型”)有一块木板(人可在此木板上安全行走)漂浮在河岸边,某物理兴趣小组想粗略测定它的质量,但是只有一个卷尺。小组根据所学的物理知识进行了如下操作:用卷尺测量出木板的长度d,将木板平行于河岸边自由放置,一质量为m的组员轻轻从木板前端走上去,走到木板尾端停下,另一组员用卷尺测出木板前进的距离为s。已知水对木板的阻力不计,则木板的质量为()D123解析 设木板的质量为M,人走动的时候木板的速度为v,人的速度为v,人从木板前端走到木板尾端的时间为t,人的位移为d-s,木板的位移为s,有1233.(反冲的应用)(2023山东临沂第一中学高二期末)一门旧式大炮如图所示,炮车和炮弹的质量分别为M和m,炮筒与水平地面的夹角为,炮弹发射瞬间相对于地面的速度为v0。不计炮车与地面的摩擦,则炮车向后反冲的速度大小为()A123解析根据题意可知,炮弹离开炮口时,炮弹和炮车组成的系统在水平方向上受到的合外力可忽略不计,则系统在水平方向上动量守恒,取炮车后退的方向为正方向,由动量守恒定律有Mv-