2019届高中物理第十六章动量守恒定律第5节反冲运动火箭讲义含解析

反冲运动火箭

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。

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。(×)

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；

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。

(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。

[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：选D 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。

工作原理

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。

[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.m

M

v0 B.

M

m

v0

C.

M

M－m

v0 D.

m

M－m

v0

解析：选D 由动量守恒定律有mv0＝(M－m)v，可得火箭获得的速率为v＝m

M－m

v0，D正确。

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：

(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。

(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( )