人教版高中物理选修3-5课件第5节反冲运动火箭

反冲运动中存在相互作用的物体间发生相对运动， 已知条件中告知的常常是物体的相对速度．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)．
一个静止的质量为M的不稳定原子核，放射出 一个质量为m的粒子，粒子离开原子核时相对原子核的速度 为v0，则原子核剩余部分的速率等于________． 解析：由于放射过程极短，放射过程中其他外力的冲 量均可不计，整个原子核系统动量守恒．设剩余部分对地的 反冲速度为v′，则粒子的对地速率为v＝v0－v′.由于原子 核原来静止，故后来粒子的动量大小等于剩余部分的动量大 小， 即有m(v0－v′)＝(M－m)v′， 所以v′＝ 答案： v0 v0.
度沿着预定的空间轨道飞行．
3．火箭飞行能达到的最大飞行速度，主要决定于两 个因素 (1)喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5 km/s，提高到3～4 km/s需很高的技术水平． (2)质量比(火箭开始飞行的质量与火箭除燃料外的箭 体质量之比)：现代火箭能达到的质量比不超过10. 4．现代火箭的主要用途
m v. M－m
由于v′为待求速度，事先可不考虑其方向，由计 算结果为负值，表示剩余部分的运动方向与抛出部分速 度方向相反． 由于我们已明确剩余部分与抛出部分反向，因此可 直接列出两部分动量大小相等方程．即上例可列式为 mv＝(M－m)v′，v′＝ (2)速度的相对性
m M－m
v
其中v′为剩余部分速率．
基础巩固 1．一同学在地面上立定跳远的最好成绩是s，假设他站在
车的A端，如右图所示，想要跳上距离为l远的站台上，不计车
与地面的摩擦阻力，则( ) A．只要l＜s，他一定能跳上站台
B．只要l＜s，他有可能跳上站台
C．只要l＝s，他一定能跳上站台 D．只要l＝s，他有可能跳上站台
解析：人起跳的同时，小车要做反冲运动，所以人跳的距
离小于s，故l＜s时，才有可能跳上站台． 答案：B
2．（双选）一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动， 若其沿运动方向的相反方向释放一物体P，不计空气阻力，则 ( ) A．火箭一定离开原来轨道运动 B．物体P一定离开原来轨道运动 C．火箭运动半径一定增大 D．物体P运动半径一定减小
解析：由反冲运动的知识可知，火箭的速度一定增大， 火箭做离心运动，运动半径增大．但物体P是否离开原来的轨 道运动，要根据释放时的速度大小而定，若释放的速度与原 来的速度大小相等，则P仍在原来的轨道上反方向运动．
对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的 反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动向必然相反．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．
质量为M的物体以对地速度v抛出一个质量为m的物体，研 究剩余部分(M－m)对地反冲速度时，设v的方向为正． 列出的方程式为 mv＋(M－m)v′＝0， 得v′＝－
动量守恒定律
第5 节
反冲运动
火箭
火箭与反冲运动 反冲运动在日常生活和生产技术中应用十分广泛． 我国早在宋代就发明了“火箭”．在竹筒里装入火药，把 竹筒的前端封闭住，并捆在箭杆上．火药点燃后，燃烧生成的 气体以很大速度从筒内向后喷出，箭体向前飞去．约在公元 1000年，我国古代就将这种火箭作为兵器使用．到了明代，还 制成了原始的二级火箭，在龙体内的第二级火箭是在火箭已经 飞到空中以后才点燃的． 火箭向前飞行所能达到的最大速度，也就是燃料烧尽时火 箭获得的最终速度，它跟什么因素有关呢？根据动量守恒定律， 理论上的计算表明，最终速度主要取决于两个条件：一是喷气 速度，二是质量比，即火箭开始飞行时的质量与燃料烧尽时的 质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭的最终速度也越 大．为了提高喷气速度，需要使用高质量的燃料，目前常用的 液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂．质量比与火箭的结构
3．反冲运动的应用实例 (1)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，使转轮由于 反冲而旋转，从而带动发电机发电．
喷气式飞机是靠喷出的气流的反冲作用而获得巨大的速 度，等等． (2)避免有害的反冲运动
射击时，子弹向前飞去，枪身向后发生反冲，这就会影 响射击准确性等．
4．在讨论反冲运动问题时，应注意以下几点． (1)速度的反向性
二、火箭 1．火箭 现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前 推进的飞行器．
2．火箭的工作原理：动量守恒定律
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，火箭获得大小相同、方向相反的动量，因
而发生连续的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐 减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速
和材料有关，现代火箭能达到的质量比不超过10.在现代技术 条件下，一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要 的速度．所以，要发射卫星，必须采用多级火箭． 农业灌溉用的自动喷水器如图所示，当水从弯管的喷嘴 里喷射出来时，弯管在水的反作用力的推动下会自动旋转， 大大增加了喷水的面积．软体动物(例如：鱿鱼)在水中通过体 侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体 外，就会向相反方向游去．火箭是反冲运动 的重要应用，它是靠喷出气流的反冲作用而 获得巨大速度的．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，后端有尾喷管，燃料燃烧时产 生的高温高压气体以很大的速度从尾部向后 喷出，火箭就向前飞去．
变式迁移 2．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，喷出的 气体相对地面的速度v＝1000 m/s.设此火箭初始质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，在不考虑地球引力及空气阻力的 情况下，火箭发动机1 s末的速度是多大？ 解析：在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭与 气体组成的系统动量守恒． 以火箭和它在1 s内喷出的气体为研究对象．设火箭1 s末 的速度为v′，1 s内共喷出质量为20m的气体，以火箭前进的 方向为正方向． 由动量守恒定律得：(M－20m)v′－20mv＝0 解得：v′＝ m/s＝13.5 m/s 即火箭发动机1 s末的速度大小是13.5 m/s. 答案：13.5 m/s
1．反冲 根据________，一个静止的物体在________的作用下分裂 成为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向 ________的方向运动．这个现象叫做反冲． 2．火箭 (1)喷气式飞机和火箭的飞行应用了________的原理，它 们都是靠喷出气流的________而获得巨大速度的． (2)设火箭在时间Δt内喷射燃气的质量是Δm，喷出燃气的 速度是u，喷出燃气后火箭质量是m，则由动量守恒定律知火箭 获得的速度Δv＝________. 可见，火箭喷出燃气的速度u________，火箭喷出物质的 质量与火箭本身质量之比________，火箭获得的速度越大． 答案：1．动量守恒定律 内力 2．(1)反冲 反冲作用 (2)－ 相反 u 越大 越大
利用火箭作为运载工具，例如发射探测仪器、常规弹 头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船．
5．我国的火箭技术已跨入了世界先进行列
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( ) 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．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 解析：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 确答案为选项B. 答案：B 点评：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．而与带螺旋桨的直升 机发生相互作用的才是空气，应注意两者的区别．
答案：AC
祝
Байду номын сангаас
您
一、反冲运动
1．现象
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，另一部分必然向相反方向运动，这个现象 叫做反冲运动． 例如：原来静止的大炮，向前发射炮弹后，炮身就要后 退；发射火箭时，火箭向下高速喷射气体，使火箭获得向上 的速度． 2．反冲运动遵循的规律 反冲运动是系统内力作用的结果，虽然有时系统所受的 合外力不为零，但由于系统内力远远大于外力，所以系统的 总动量是守恒的．
即剩余部分速率为
v0 .
点评：注意将粒子的相对速度转化为绝对速度，如 果明确了各速度的方向，则相对速度可确定为两种情况； 当两者同向时，相对速率为两者速率之差；两者反向时，
相对速率为两者速率之和，这样可将矢量式转化为标量
式．
变式迁移 1．一炮艇总质量为M，以速度v0匀速行驶，从艇上以相 对海岸的水平速度v沿前进方向射出一质量为m的炮弹，发射炮 弹后艇的速度为v′，若不计水的阻力，则下列各关系式中正 确的是( ) A．Mv0＝(M－m)v′＋mv B．Mv0＝(M－m)v′＋m(v＋v0) C．Mv0＝(M－m)v′＋m(v＋v′) D．Mv0＝Mv′＋mv 解析：动量守恒定律必须相对于同一参考系．本题中的各 个速度都是相对于地面的，不需要转换．发射炮弹前系统的总 动量为Mv0；发射炮弹后炮弹的动量为mv，船的动量为(M－ m)v′，所以动量守恒定律的表达式为Mv0＝(M－m)v′＋mv， 选项A正确． 答案：A