1、6.反冲现象反冲现象火箭火箭 学习目标学习目标： 1.物理观念物理观念通过学习了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用通过学习了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用 2.科科 学思维学思维通过实例分析通过实例分析，能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题3.科学思维科学思维通过通过 学习和课外阅读学习和课外阅读，知道火箭的飞行原理知道火箭的飞行原理，了解我国航天技术的发展了解我国航天技术的发展 阅读本节教材阅读本节教材，回答第回答第 24 页页“问题问题”并梳理必要知识点并梳理必要知识点教材第教材第 24 页问页问题提题提 示：反冲示：反冲原理原理，章鱼游泳类似于火箭
2、的发射章鱼游泳类似于火箭的发射，靠向后喷水的反作用力使自己前进靠向后喷水的反作用力使自己前进 一、反冲现象一、反冲现象 1定义定义 根据动量守恒定律根据动量守恒定律，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，一部分一部分 向某个方向运动向某个方向运动，另一部分必然向另一部分必然向相反相反的方向运动的方向运动，这个现象叫作这个现象叫作反冲反冲 2反冲原理反冲原理 反冲运动的基本原理是反冲运动的基本原理是动量守恒动量守恒定律定律，如果系统的一部分获得了某一方向的动量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
3、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同样大小的动量的动量 3公式公式 若系统的初始动量为零若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为则动量守恒定律的形式变为 0m1v1m2v2，此式表明此式表明， 做反冲运动的两部分的动量大小做反冲运动的两部分的动量大小相等相等、方向方向相反相反，而它们的速率与质量成而它们的速率与质量成反比反比 利用动量守恒定律解决反冲问题时利用动量守恒定律解决反冲问题时，速度通常是以地面为参考系的速度速度通常是以地面为参考系的速度，而不是系而不是系 统内两物体的相对速度统内两物体的相对速度 二、火箭二、火箭 1原理原理 火箭的飞行应用了火箭的飞行应用了反冲
4、反冲的原理的原理，靠喷出气流的靠喷出气流的反冲反冲作用来获得巨大速度作用来获得巨大速度 2影响火箭获得速度大小的因素影响火箭获得速度大小的因素 一是一是喷气速度喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比喷气速度喷气速度越大越大，质质 量比量比越大越大，火箭获得的速度越大火箭获得的速度越大 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)做反冲运动的两部分的动量一定大小相等做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相反方向相反() (2)章鱼章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理乌贼的运动利用了反冲的原理() (3)火箭点
5、火后离开地面向上运动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是地面对火箭的反作用力作用的结果 () (4)在没有空气的宇宙空间在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行火箭仍可加速前行() (5)火箭发射时火箭发射时，火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能 () 2运送人造地球卫星的火箭开始工作后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火箭做加速运动的原因是() A燃料推动空气燃料推动空气，空气反作用力推动火箭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火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后
6、推出， ，气体的反作用力推动火箭气体的反作用力推动火箭 C火箭吸入空气火箭吸入空气，然后向后排出然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭空气对火箭的反作用力推动火箭 D火箭燃料燃烧发热火箭燃料燃烧发热，加热周围空气加热周围空气，空气膨胀推动火箭空气膨胀推动火箭 B火箭工作中火箭工作中，动量守恒动量守恒，当向后喷气时当向后喷气时，则火箭受一向前的推力从而使火箭加则火箭受一向前的推力从而使火箭加 速速，故只有故只有 B 正确正确 3(多选多选)2019 年春节上映的国产科幻大片流浪地球中有这样的情节：为了自年春节上映的国产科幻大片流浪地球中有这样的情节：为了自 救救，人类提出一个名为人类提出一个
7、名为“流浪地球流浪地球”的大胆计划的大胆计划，即倾全球之力在地球表面建造上万座即倾全球之力在地球表面建造上万座 发动机发动机，推动地球离开太阳系推动地球离开太阳系，用用 2 500 年的时间奔往另外一个栖息之地年的时间奔往另外一个栖息之地这个科幻情这个科幻情 节中有反冲运动的原理节中有反冲运动的原理现实中的下列运动现实中的下列运动，属于反冲运动的有属于反冲运动的有() A汽车的运动汽车的运动B直升机的运动直升机的运动 C火箭的运动火箭的运动D反击式水轮机的运动反击式水轮机的运动 CD汽车的运动利用了汽车的牵引力汽车的运动利用了汽车的牵引力，不属于反冲运动不属于反冲运动，故故 A 错误错误；直升
8、机的运直升机的运 动利用了空气的反作用力动利用了空气的反作用力，不属于反冲运动不属于反冲运动，故故 B 错误；火箭的运动是利用喷气的方错误；火箭的运动是利用喷气的方 式获得动力的式获得动力的，属于反冲运动属于反冲运动，故故 C 正确；反击式水轮机的运动利用了水的反冲作用正确；反击式水轮机的运动利用了水的反冲作用 而获得动力而获得动力，属于反冲运动属于反冲运动，故故 D 正确正确 对反冲运动的理解对反冲运动的理解 取一只药瓶或一个一端有孔的蛋壳取一只药瓶或一个一端有孔的蛋壳，在其盖上钻一小孔在其盖上钻一小孔(瓶盖与瓶子需密封瓶盖与瓶子需密封)，再取再取 一块厚泡沫塑料一块厚泡沫塑料，参照图做成船
9、的样子参照图做成船的样子，并在船上挖一凹坑并在船上挖一凹坑，以容纳盛酒精的容器以容纳盛酒精的容器(可可 用金属瓶盖用金属瓶盖)用两段铁丝用两段铁丝，弯成环状以套住瓶的两端弯成环状以套住瓶的两端，并将铁丝的端头分别插入船中并将铁丝的端头分别插入船中 将一棉球放入容器中将一棉球放入容器中，并倒入少量酒精并倒入少量酒精，在瓶中装入半瓶开水在瓶中装入半瓶开水将船放入水中将船放入水中，点点 燃酒精棉球后一会儿产生水蒸气燃酒精棉球后一会儿产生水蒸气，当水蒸气从药瓶盖的孔中喷出时当水蒸气从药瓶盖的孔中喷出时，小船便能勇往直前小船便能勇往直前 了了小船向前运动体现了什么物理原理？小船向前运动体现了什么物理原理
10、？ 提示：提示：反冲原理反冲原理 1反冲运动的特点反冲运动的特点 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 (2)在反冲运动中在反冲运动中，相互作用力一般较大相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理通常可以用动量守恒定律来处理 (3)在反冲运动中在反冲运动中，由于有其他形式的能转化为机械能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所以系统的总动能增加 2反冲运动的应用与防止反冲运动的应用与防止 (1)利用有益的反冲运动利用有益的反冲运动 反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出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
11、使转轮由于反冲而旋转，从而带动发电从而带动发电 机发电；喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度机发电；喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度 (2)避免有害的反冲运动避免有害的反冲运动 射击时射击时，子弹向前飞去子弹向前飞去，枪身向后发生反冲枪身向后发生反冲，这就会影响射击准确性等这就会影响射击准确性等 3处理反冲运动应注意的问题处理反冲运动应注意的问题 (1)速度的方向速度的方向 对于原来静止的整体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在列动量守恒方 程时程时，可任意规定某一部分的运动方向
12、为正方向可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的速度应取负值则反方向的速度应取负值 (2)相对速度问题相对速度问题 在反冲运动中在反冲运动中，有时遇到的速度是两物体的相对速度有时遇到的速度是两物体的相对速度此类问题中应先将相对速度此类问题中应先将相对速度 转换成对地的速度后转换成对地的速度后，再列动量守恒定律方程再列动量守恒定律方程 (3)变质量问题变质量问题 如在火箭的运动过程中如在火箭的运动过程中，随着燃料的消耗随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小火箭本身的质量不断减小，此时必须取此时必须取 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火箭本身和在相互作用的短时间内喷出
13、的所有气体为研究对象， 取相互作用的这个过程取相互作用的这个过程 为研究过程来进行研究为研究过程来进行研究 【例【例 1】反冲小车静止放在水平光滑玻璃上反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精点燃酒精，蒸汽将橡皮塞水平喷出蒸汽将橡皮塞水平喷出， 小车沿相反方向运动小车沿相反方向运动如果小车运动前的总质量如果小车运动前的总质量 M3 kg，水平喷出的橡皮塞的质量水平喷出的橡皮塞的质量 m 0.1 kg. (1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度若橡皮塞喷出时获得的水平速度 v2.9 m/s，求小车的反冲速度；求小车的反冲速度； (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变若橡皮塞喷出时速度大小不变，方向与水平方向
14、成方向与水平方向成 60角角，小车的反冲速度又如小车的反冲速度又如 何何(小车一直在水平方向运动小车一直在水平方向运动)? 思路点拨：思路点拨：(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零，系统总动量为零系统总动量为零(2) 小车和橡皮塞组成的系统在水平方向动量守恒小车和橡皮塞组成的系统在水平方向动量守恒 解析解析(1)以橡皮塞运动的方向为正方向以橡皮塞运动的方向为正方向，根据动量守恒定律有根据动量守恒定律有 mv(Mm)v0 v m Mmv 0.1 30.1 2.9 m/s0.1 m/s 负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的方向相反负号表示小车的运动方向
15、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以橡皮塞运动的水平分运动方向为正方向，有有 mvcos 60(Mm)v0 vmv cos 60 Mm 0.1 2.90.5 30.1 m/s0.05 m/s 负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反负号表示小车的运动方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反 答案答案(1)0.1 m/s，方向与橡皮塞运动的方向相反方向与橡皮塞运动的方向相反 (2)0.05 m/s，方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反方向与橡皮塞运动的水平分运动的方向相反 反冲运动和碰撞反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处爆炸有相似之处，相互作用力常为变
16、力相互作用力常为变力，且作用力大且作用力大，一般都满一般都满 足内力足内力外力外力，所以反冲运动可用动量守恒定律来处理所以反冲运动可用动量守恒定律来处理. 跟跟进训练进训练 1如图所示如图所示，自动火炮连同炮弹的总质量为自动火炮连同炮弹的总质量为 M，当炮管水平当炮管水平，火炮车在水平路面火炮车在水平路面 上以上以 v1的速度向右匀速行驶中的速度向右匀速行驶中， 发射一枚质量为发射一枚质量为 m 的炮弹后的炮弹后， 自动火炮的速度变为自动火炮的速度变为 v2， 仍向右行驶仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度则炮弹相对炮筒的发射速度 v0为为() A.m v1 v2 mv2 m B.M v1 v
17、2 m C.M v1 v2 2mv2 m D.M v1 v2 m v1v2 m B炮弹相对地的速度为炮弹相对地的速度为 v0v2.由动量守恒定律得由动量守恒定律得 Mv1( Mm)v2m(v0v2)， 得得 v0M v1 v2 m . 火箭火箭 教材第教材第 25 页页思考与讨论思考与讨论答答案提示：案提示： 以飞船为参考系以飞船为参考系，设小物体的运动方向为正方向设小物体的运动方向为正方向，则小物体的动量的改变量为则小物体的动量的改变量为p1 mu 对人和小物体组成的系统对人和小物体组成的系统，在人抛出小物体的过程中动量守恒在人抛出小物体的过程中动量守恒，则由动量守恒定律则由动量守恒定律 得
18、得 0p1p2，则人的动量的改变量为则人的动量的改变量为p2p1mu.设人的速度的改变量为设人的速度的改变量为 v，因为因为p2mv，则由以上表达式可知则由以上表达式可知vmu m . 古代的火箭古代的火箭 我国早在宋代就发明了火箭我国早在宋代就发明了火箭，在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒，火药点燃后生成火药点燃后生成 的燃气以很大的速度向后喷出的燃气以很大的速度向后喷出，火箭就会向前运动火箭就会向前运动 请思考：请思考：(1)古代火箭的运动是否为反冲运动？古代火箭的运动是否为反冲运动？ (2)火箭飞行利用了怎样的工作原理？火箭飞行利用了怎样的工作原理？ 提示：提示
19、：(1)火箭的运动是反冲运动火箭的运动是反冲运动 (2)火箭靠向后连续喷射高速气体飞行火箭靠向后连续喷射高速气体飞行，利用了反冲原理利用了反冲原理 1工作原理工作原理 应用反冲运动应用反冲运动，其反冲过程动量守恒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它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得向前 的速度的速度 2影响火箭最终速度大小的因素影响火箭最终速度大小的因素 (1)喷气速度：现代火箭发动机的喷气速度约为喷气速度：现代火箭发动机的喷气速度约为 2 0005 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火箭的质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除
20、燃料外的箭体质量之比现代火现代火 箭的质量比一般小于箭的质量比一般小于 10. 喷气速度越大喷气速度越大，质量比越大质量比越大，火箭获得的速度越大火箭获得的速度越大 3火箭喷气属于反冲类问题火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用是动量守恒定律的重要应用在火箭运动的过程中在火箭运动的过程中， 随着燃料的消耗随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题对于这一类的问题，可选取火箭本身和在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研究对象相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程取相互作用的整个过程为研究过程，运运
21、用动量守恒的观点解决问题用动量守恒的观点解决问题 【例【例 2】一火箭的喷气发动机每次喷出一火箭的喷气发动机每次喷出 m200 g 的气体的气体，气体离开发动机喷出气体离开发动机喷出 时的速度时的速度 v1 000 m/s(相对地面相对地面)，设火箭的质量设火箭的质量 M300 kg，发动机每秒喷气发动机每秒喷气 20 次次， 求当第三次气体喷出后求当第三次气体喷出后，火箭的速度为多大？火箭的速度为多大？ 思路点拨思路点拨：火箭喷气属反冲现象火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒运用动量守恒 定律求解定律求解 解析解析设喷出三次气体后火箭的速
22、度为设喷出三次气体后火箭的速度为 v3，以火箭和喷出的三次气体为研究对以火箭和喷出的三次气体为研究对 象象，据动量守恒定律据动量守恒定律，得得(M3m)v33mv0 所以所以 v3 3mv M3m 2 m/s. 答案答案2 m/s 火箭类反冲问题解题要领火箭类反冲问题解题要领 1两部分物体初两部分物体初、末状态的速度的参考系必须是同一参考系末状态的速度的参考系必须是同一参考系，且一般以地面为参且一般以地面为参 考系考系 2要特别注意反冲前要特别注意反冲前、后各物体质量的变化后各物体质量的变化 3列方程时要注意初列方程时要注意初、末状态动量的方向末状态动量的方向， ，一般而言一般而言，反冲后两物
23、体的运动方向反冲后两物体的运动方向 是相反的是相反的 跟跟进训练进训练 2总质量为总质量为 M 的火箭以速度的火箭以速度 v0飞行飞行，质量为 质量为 m 的燃气相对于火箭以速率的燃气相对于火箭以速率 u 向后向后 喷出喷出，则火箭的速度大小为则火箭的速度大小为() Av0mu M Bv0mu M Cv0 m Mm(v 0u)Dv0 mu Mm A设喷出气体后火箭的速度大小为设喷出气体后火箭的速度大小为 v， 则燃气的对地速度为则燃气的对地速度为(vu)(取火箭的速度取火箭的速度 方向为正方向方向为正方向)，由动量守恒定律由动量守恒定律，得得 Mv0(Mm)vm(vu) 解得解得 vv0mu
24、M ，A 项正确项正确 1物理观念：物理观念：反冲运动的概念反冲运动的概念 2科学思维：科学思维：应用动量守恒定律解决反冲运动应用动量守恒定律解决反冲运动 3科学探究：科学探究：通过实验探究通过实验探究，认识反冲运动认识反冲运动 1下列图片所描述的事例或应用中下列图片所描述的事例或应用中，没有利用反冲运动原理的是没有利用反冲运动原理的是() D喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而运动的喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而运动的， 章鱼在水中前行和转向利用章鱼在水中前行和转向利用 了喷出的水的反冲作用了喷出的水的反冲作用，火箭发射是利用喷气的方式而获得动力的火箭发射是利用喷气的方式而获得动力的，
25、利用了反冲运动利用了反冲运动， 故故 A、B、C 不符合题意；码头边轮胎的作用是延长碰撞时间不符合题意；码头边轮胎的作用是延长碰撞时间，从而减小作用力从而减小作用力，没有没有 利用反冲作用利用反冲作用，故故 D 符合题意符合题意 2质量相等的甲和乙都静止在光滑的水平冰面上质量相等的甲和乙都静止在光滑的水平冰面上现在现在，其中一人向另一个人抛其中一人向另一个人抛 出一个篮球出一个篮球，另一人接球后再抛回另一人接球后再抛回如此反复进行几次后如此反复进行几次后，甲和乙最后的速率关系是甲和乙最后的速率关系是 () A若甲最先抛球若甲最先抛球，则一定是则一定是 v甲 甲v乙乙 B若乙最后接球若乙最后接球
26、，则一定是则一定是 v甲 甲v乙乙 C只有甲先抛球只有甲先抛球，乙最后接球乙最后接球，才有才有 v甲甲v乙乙 D无论怎样抛球和接球无论怎样抛球和接球，都是都是 v甲 甲v乙乙 B因甲因甲、乙及篮球组成的系统动量守恒乙及篮球组成的系统动量守恒，故最终甲故最终甲、乙以及篮球的动量之和必为乙以及篮球的动量之和必为 零零根据动量守恒定律有根据动量守恒定律有 m1v1(m2m 球球)v2， ，因此最终谁接球谁的速度小因此最终谁接球谁的速度小，故故 B 正确正确， A、C、D 错误错误 3如图所示如图所示，装有炮弹的火炮总质量为装有炮弹的火炮总质量为 m1， ，炮弹的质量为炮弹的质量为 m2，炮弹射出炮口
27、时炮弹射出炮口时 对地的速率为对地的速率为 v0，若炮管与水平地面的夹角为若炮管与水平地面的夹角为，则火炮后退的速度大小为则火炮后退的速度大小为(设水平地面设水平地面 光滑光滑)() A.m2 m1v 0B. m2v0 m1m2 C.m2v0cos m1m2 D.m2v0cos m1 C炮弹和火炮组成的系统水平方向动量守恒炮弹和火炮组成的系统水平方向动量守恒，0m2v0cos (m1m2)v，得得 v m2v0cos m1m2 ，选项选项 C 正确正确 4(多选多选)质量为质量为 m 的人在质量为的人在质量为 M 的小车上从左端走到右端的小车上从左端走到右端， ，如图所示如图所示，当车与当车与
28、 地面摩擦不计时地面摩擦不计时，那么那么() A人在车上行走人在车上行走，若人相对车突然停止若人相对车突然停止，则车也突然停止则车也突然停止 B人在车上行走的平均速度越大人在车上行走的平均速度越大，则车在地面上移动的距离也越大则车在地面上移动的距离也越大 C人在车上行走的平均速度越小人在车上行走的平均速度越小，则车在地面上移动的距离就越大则车在地面上移动的距离就越大 D不管人以什么样的平均速度行走不管人以什么样的平均速度行走，车在地面上移动的距离相同车在地面上移动的距离相同 AD由于地面光滑由于地面光滑，则人与车组成的系统动量守恒得：则人与车组成的系统动量守恒得：mv 人人 Mv 车车， ，可
29、知可知 A 正正 确确；设车长为设车长为 L，由由 m(Lx车 车) Mx 车车得 得，x车 车 m MmL， ，车在地面上移动的位移大小与车在地面上移动的位移大小与 人的平均速度大小无关人的平均速度大小无关，故故 D 正确正确，B、C 均错误均错误 5思维拓展思维拓展 在光滑的冰面上在光滑的冰面上，放置一个截面为四分之一圆的半径足够大的光滑自由曲面放置一个截面为四分之一圆的半径足够大的光滑自由曲面，一个一个 坐在冰车上的小孩手扶一小球静止在冰面上坐在冰车上的小孩手扶一小球静止在冰面上某时刻小孩将小球以某时刻小孩将小球以 v0的速度向曲面推的速度向曲面推 出出，如图所示如图所示已知小孩和冰车的
30、总质量为已知小孩和冰车的总质量为 m140 kg，小球质量为小球质量为 m22 kg，若小孩若小孩 将球推出后还能再接到小球将球推出后还能再接到小球，求曲面质量求曲面质量 m3应满足的条件应满足的条件 解析解析人推球过程动量守恒人推球过程动量守恒，即即 0m2v0m1v1 对于小球和曲面对于小球和曲面，根据动量守恒定律和机械能守恒定律根据动量守恒定律和机械能守恒定律，有有 m2v0m2v2m3v3 1 2m 2v201 2m 2v221 2m 3v23 解得解得 v2m3 m2 m3m2v 0 若小孩将小球推出后还能再接到小球若小孩将小球推出后还能再接到小球，则有则有 v2v1 解得解得 m342 19 kg. 答案答案见解析见解析
