2017-2018学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修3-5讲义：第16章动量守恒定律 5

5反冲运动火箭
一、反冲运动
[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；点燃“钻天猴”的药捻，便会向后喷出亮丽的火焰，同时“嗖”的一声飞向天空；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：
(1)反冲运动的受力有什么特点？
(2)反冲运动过程中系统的动量、机械能有什么变化？
答案(1)物体的不同部分受相反的作用力，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；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．
[知识梳理]反冲运动
1．定义：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．这个现象叫做反冲．
2．反冲运动的特点：是物体间作用力与反作用力产生的效果．
3．反冲运动的条件
(1)系统不受外力或所受合外力为零．
(2)内力远大于外力．
(3)某一方向上不受外力或所受合外力为零．
4．反冲运动遵循的规律：反冲运动遵循动量守恒定律．
[即学即用]判断下列说法的正误．
(1)反冲运动可以用动量守恒定律来处理．( √ ) (2)章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理．( √ )
(3)反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果．( √ ) (4)只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析．( × ) 二、火箭
[导学探究] 1.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？
答案 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、高压”燃气组成的系统内力很大，远大于系统所受重力及阻力，故可应用动量守恒定律．
2．设火箭发射前的总质量是M ，燃料燃尽后的质量为m ，火箭燃气的喷射速度为v ，试求燃料燃尽后火箭飞行的最大速度v ′.
答案 在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以可认为动量守恒．取火箭的速度方向为正方向，发射前火箭的总动量为0，发射后的总动量为m v ′－(M －m )v 则由动量守恒定律得0＝m v ′－(M －m )v 所以v ′＝M －m m
v ＝⎝⎛⎭⎫
M m －1v
3．分析提高火箭飞行速度的可行办法．
答案 由上问可知火箭喷气后最大的速度v ′＝(M
m －1)v
故可以用以下办法提高火箭飞行速度：
(1)提高喷气速度；(2)提高火箭的质量比；(3)使用多级火箭，一般为三级． [知识梳理] 1．工作原理
应用反冲运动，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的速度． 2．影响火箭最终速度大小的因素 (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．现代火箭的质量比一般小于10. 喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大． [即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)火箭点火后离开地面加速向上运动，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．( √ )
一、反冲运动的理解与应用
例1小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图1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()
图1
A．打开阀门S1B．打开阀门S2
C．打开阀门S3D．打开阀门S4
答案 B
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0＝m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，选项B正确．
针对训练(多选)如图2所示，两位同学穿着旱冰鞋，面对面站立不动，互推后向相反的方向运动，不计摩擦阻力，下列说法正确的是()
图2
A．互推后两同学总动量增加
B．互推后两同学动量大小相等、方向相反
C．分离时质量大的同学的速度小一些
D．互推过程中机械能守恒
答案BC
解析以两同学组成的系统为研究对象，竖直方向所受的重力和支持力平衡，合力为零，水平方向上不受外力，故系统的动量守恒，原来的总动量为零，互推后两同学的总动量保持为零，则两同学的动量大小相等、方向相反，故A错误，B正确；根据动量守恒定律得0＝M v1－m v2，分离时速度与质量成反比，即质量大的同学的速度小，故C正确；互推过程中作用力和反作用力对两同学做正功，系统总动能增加，故机械能不守恒，故D错误．
二、火箭问题分析
例2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，空气的反作用力推动火箭
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．火箭燃料燃烧放热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
答案 B
解析本题考查了火箭的工作原理，要注意与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气，而不是外界的空气．火箭的工作原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高
温高压燃气从尾喷管迅速喷出时使火箭获得反冲速度，故正确答案为B.
例3(多选)下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度()
A．使喷出的气体速度增大
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
答案AC
1．(多选)下列属于反冲运动的是()
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
答案ACD
解析反冲运动是一个物体分裂成两部分，两部分向相反方向的运动，故直升机的运动不是反冲运动．
2．(多选)手持铁球的跳远运动员起跳后，当他运动到最高点时欲提高跳远成绩，运动员应将手中的铁球()
A．竖直向上抛出B．向前方抛出
C．向后方抛出D．竖直向下抛出
答案CD
解析要提高跳远成绩，要么使运动员获得更大的水平速度，C选项可实现；要么使运动员延长运动时间，D选项可实现．
3．(多选)如图3所示，质量为m的人站在质量为M的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边，已知m<M，不计水的阻力，当人向左端运动的过程中，则()
图3
A．人向左运动的同时，船向右运动，人停止运动，船也停止运动
B．人向左运动的同时，船向右运动，人停止运动后，船由于惯性会继续向右运动
C．某时刻人向左运动的速度小于船向右运动的速度
D．某时刻人向左运动的速度大于船向右运动的速度
答案AD
解析由0＝m v－M v′得v>v′，D正确，C错误；同时知人的速度v＝0时，船的速度v′＝0，A正确，B错误.
1．(多选)下列属于反冲运动的是()
A．向后划水，船向前运动
B．用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退
C．用力向后蹬地，人向前运动
D．水流过水轮机时，水轮机旋转方向与水流出方向相反
答案BD
解析反冲运动是物体在内力作用下分为两部分，这两部分的运动方向相反．选项A是桨与外部水的作用，选项C是人脚与外部地面的作用，都不属于反冲运动，选项B中子弹与枪身是系统中的两部分，选项D中水流过水轮机内部，是系统中的两部分，选项B、D正确．2．下列所描述的事例或应用中，没有利用反冲原理的是()
A．喷灌装置的自动旋转
B．章鱼在水中前行和转向
C．运载火箭发射过程
D．码头边轮胎的保护作用
答案 D
3．下列关于反冲运动的说法，正确的是()
A．抛出物的质量m1要小于剩余部分的质量m2才能获得反冲
B．若抛出物的质量m1大于剩余部分的质量m2，则m2的反冲力大于m1所受的力
C．反冲运动中，牛顿第三定律适用，但牛顿第二定律不适用
D．抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律
答案 D
解析反冲运动是指由于系统的一部分物体向某一方向运动，而使另一部分向相反方向运动．定义中并没有确定两部分物体之间的质量关系，故选项A错误；在反冲运动中，两部分之间的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知，它们大小相等、方向相反，故选项B错误；在反冲运动中一部分受到的另一部分的作用力产生了该部分的加速度，使该部分的速度逐渐增大，在此过程中对每一部分牛顿第二定律都成立，故选项C错误，选项D 正确．
4．某人站在静止于水面上的船上，从某时刻开始，人从船头走向船尾，水的阻力不计，下列说法不正确的是()
A．人匀速运动，船则匀速后退，两者的速度大小与它们的质量成反比
B．人走到船尾不再走动，船也停止不动
C．不管人如何走动，人在行走的任意时刻人和船的速度方向总是相反，大小与它们的质量成反比
D．船的运动情况与人行走的情况无关
答案 D
解析由动量守恒定律可知，A、B、C正确，D不正确．
5．假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是() A．向后踢腿B．手臂向后甩
C．在冰面上滚动D．脱下外衣水平抛出
答案 D
解析向后踢腿和手臂向后甩，都是人体间的内力，不会使人前进．在光滑冰面上由于不存在摩擦力，故无法完成滚动动作．而抛出衣服能获得反方向的速度，故可滑离冰面．
6．如图1所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机把前舱的水均匀的抽往后舱，不
计水的阻力，下列说法中正确的是()
图1
A．若前后舱是分开的，则前舱将向后加速运动
B．若前后舱是分开的，则前舱将向前加速运动
C．若前后舱不分开，则船将向后加速运动
D．若前后舱不分开，则船将向前加速运动
答案 B
解析前后舱分开时，前舱和抽出的水相互作用，靠反冲作用前舱向前加速运动，若不分开，前后舱和水是一个整体，则船不动．
7．(多选)一只青蛙蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是()
A．木板的上表面光滑而底面粗糙
B．木板的上表面粗糙而底面光滑
C．木板上、下两表面都粗糙
D．木板上、下两表面都光滑
答案AD
解析若上表面光滑，青蛙与木板间无法产生水平方向上的相互作用，无法改变水平方向上的运动状态．
8．(多选)一平板小车静止在光滑的水平地面上，甲、乙两人分别站在车的左、右端，当两人同时相向而行时，发现小车向左移，则()
A．若两人质量相等，必有v甲>v乙
B．若两人质量相等，必有v甲<v乙
C．若两人速率相等，必有m甲>m乙
D．若两人速率相等，必有m甲<m乙
答案AC
解析甲、乙两人和小车组成的系统动量守恒，且总动量为零，甲动量方向向右，小车动量方向向左，说明|p甲|＝|p乙|＋|p车|，即m甲v甲＞m乙v乙，若m甲＝m乙，则v甲＞v乙，A对，B错；若v甲＝v乙，则m甲＞v乙，C对，D错．
9．如图2所示，具有一定质量的小球A固定在轻杆一端，另一端挂在小车支架的O点，用手将小球拉至水平，此时小车静止于光滑水平面上，放手让小球摆下与B处固定的橡皮泥碰击后粘在一起，则在此过程中小车将()
图2
A．向右运动
B．向左运动
C．静止不动
D．小球下摆时，小车向左运动，碰撞后又静止
答案 D
解析这是反冲运动，由动量守恒定律可知，小球下摆时速度向右，小车向左运动；小球静止，小车也静止．
10．如图3所示，一辆小车静置于光滑水平面上，车的左端固定有一个水平弹簧枪，车的右端有一个网兜．若从弹簧枪中发射出一粒弹丸，弹丸恰好能落入网兜中．从弹簧枪发射弹丸以后，下列说法中正确的是()
图3
A．小车向左运动一段距离然后停下
B．小车先向左运动又向右运动，最后回到原位置停下
C．小车一直向左运动下去
D．小车先向左运动，后向右运动，最后保持向右匀速运动
答案 A
11．一航天器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是()
A．探测器加速运动时，沿直线向后喷气
B．探测器加速运动时，竖直向下喷气
C．探测器匀速运动时，竖直向下喷气
D．探测器匀速运动时，不需要喷气
答案 C
解析探测器加速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿加速度方
向，选项A 、B 错误；探测器匀速运动时，通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零，根据反冲运动的特点可知选项C 正确，选项D 错误．
12．将静置在地面上，质量为M (含燃料)的火箭模型点火升空，火箭模型在极短时间内以相对地面的速度v 0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.m
M v 0 B.M m v 0 C.M M －m v 0 D.m M －m v 0
答案 D。