第6節(jié) 反沖現(xiàn)象 火箭

第6節(jié)反沖現(xiàn)象火箭物理觀念(1)了解反沖運動的概念，知道反沖運動的原理。(2)了解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素?？茖W(xué)思維應(yīng)用動量守恒定律解決反沖運動問題?？茖W(xué)探究通過觀察反沖現(xiàn)象，尋找它們的共同規(guī)律，形成結(jié)論，嘗試用已有的物理知識進行解釋；培養(yǎng)觀察能力和發(fā)現(xiàn)問題的能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)了解我國的航空、航天事業(yè)的巨大成就和當(dāng)前的航空、航天計劃，激發(fā)學(xué)生熱愛祖國的情感。(2)體會物理知識來源于生活而又應(yīng)用于生活的特點，提高物理學(xué)習(xí)的學(xué)科素養(yǎng)。一、反沖現(xiàn)象1．填一填(1)概念：一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分，兩部分分別向

_____方向運動的現(xiàn)象。(2)特點①物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。②反沖運動中，相互作用力一般較大，通?？梢杂?/p>

定律來處理。(3)應(yīng)用與防止①應(yīng)用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置是利用反沖現(xiàn)象使水從噴口噴出時，一邊噴水一邊

。②防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。相反動量守恒旋轉(zhuǎn)2．判一判(1)反沖運動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果。

()(2)只有系統(tǒng)合外力為零的反沖運動才能應(yīng)用動量守恒定律來分析。

(

)(3)一切反沖現(xiàn)象都是有益的。

()√××3．想一想兩位同學(xué)在公園里劃船，當(dāng)小船離碼頭大約1.5m時，有一位同學(xué)心想：自己在體育課上立定跳遠(yuǎn)的成績從未低于2m，跳到岸上絕對沒有問題。于是她縱身一跳，結(jié)果卻掉到了水里(如圖所示)，她為什么不能如她所想的那樣跳到岸上呢？

(假設(shè)起跳時船已靜止)

提示：這位同學(xué)與船組成的系統(tǒng)在不考慮水的阻力的情況下，所受合外力為零，在她跳起前后遵循動量守恒定律。在她向前跳起瞬間，船要向后運動。反沖2．判一判(1)火箭應(yīng)用了反沖的原理。

()(2)火箭在向后噴氣的過程中，火箭的總質(zhì)量在不斷減小，火箭向前運動的速度在不斷增大。

()(3)火箭點火后向下噴出高速高壓氣體，離開地面火箭向上加速，是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果。

()3．想一想若在月球上建一飛機場，那么該飛機場應(yīng)配置噴氣式飛機還是螺旋槳飛機？

提示：應(yīng)配置噴氣式飛機，因月球表面沒有空氣，螺旋槳飛機不能飛行。√√×探究(一)對反沖運動的理解[問題驅(qū)動]：如圖所示，為一條約為180kg的小船漂浮在靜水中，當(dāng)人從船尾走向船頭時，小船也發(fā)生了移動，不計水的阻力。(1)小船發(fā)生移動的動力是什么力？小船向哪個方向運動？(2)當(dāng)人走到船頭相對船靜止時，小船還運動嗎？為什么？(3)當(dāng)人從船尾走到船頭時，有沒有可能出現(xiàn)如圖甲或如圖乙的情形？為什么？提示：(1)人對船的摩擦力。小船向左運動，即與人運動的方向相反。(2)不運動。小船和人組成的系統(tǒng)動量守恒，當(dāng)人的速度為零時，船的速度也為零。(3)不可能。由系統(tǒng)動量守恒可知，人和船相對于地面的速度方向一定相反，不可能向同一個方向運動，且人船位移比等于它們質(zhì)量的反比。

[重難釋解]1．反沖運動的特點及遵循的規(guī)律(1)特點：是物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果。(2)條件：①系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零。②內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。③系統(tǒng)在某一方向上不受外力或該方向上所受外力之和為零。(3)反沖運動遵循動量守恒定律。2．討論反沖運動應(yīng)注意的兩個問題(1)速度的反向性：對于原來靜止的物體，被拋出部分具有速度時，剩余部分的運動方向與被拋出部分必然相反。(2)速度的相對性：一般都指對地速度。

反沖小車靜止放在水平光滑玻璃上，點燃酒精，蒸汽將橡皮塞水平噴出，小車沿相反方向運動。如果小車運動前的總質(zhì)量M＝3kg，水平噴出的橡皮塞的質(zhì)量m＝0.1kg。(1)若橡皮塞噴出時獲得的水平速度v＝2.9m/s，求小車的反沖速度；(2)若橡皮塞噴出時速度大小不變，方向與水平方向成60°角，小車的反沖速度又如何(小車一直在水平方向運動)?[解析]

(1)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)所受外力之和為零，系統(tǒng)總動量為零。以橡皮塞運動的方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有mv＋(M－m)v′＝0解得v′＝－0.1m/s負(fù)號表示小車運動方向與橡皮塞運動的方向相反。(2)小車和橡皮塞組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒。以橡皮塞運動的水平分運動方向為正方向，有mvcos60°＋(M－m)v″＝0解得v″＝－0.05m/s負(fù)號表示小車運動方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反。[答案]

(1)0.1m/s，方向與橡皮塞運動的方向相反(2)0.05m/s，方向與橡皮塞運動的水平分運動方向相反(1)反沖是系統(tǒng)內(nèi)的不同部分在強大內(nèi)力作用下向相反方向運動的現(xiàn)象。(2)反沖運動實際上是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果。(3)反沖過程中動量守恒、系統(tǒng)機械能不守恒。[針對訓(xùn)練]1．(多選)下列屬于反沖運動的是

(

)A．噴氣式飛機的運動 B．直升機的運動C．火箭的運動 D．反擊式水輪機的運動解析：選項A、C、D中，三者都是自身的一部分向一方向運動，而剩余部分向反方向運動，而直升機是靠外界空氣的反作用力作為動力，所以A、C、D對，B錯。答案：ACD

2. 如圖所示，設(shè)質(zhì)量為M的導(dǎo)彈運動到空中最高點時速度為v0，突然炸成兩塊，質(zhì)量為m的一塊以速度v沿v0的方向飛去，則另一塊的運動

(

)A．一定沿v0的方向飛去B．一定沿v0的反方向飛去C．可能做自由落體運動D．以上說法都不對3.如圖所示是一門舊式大炮，炮車和炮彈的質(zhì)量分別是M和m，炮筒與地面的夾角為α，炮彈射出出口時相對于地面的速度為v0。不計炮車與地面的摩擦，求炮車向后反沖的速度的大小。探究(二)火箭原理分析及應(yīng)用[問題驅(qū)動]：(1)如圖所示，是多級運載火箭的示意圖，發(fā)射時，先點燃第一級火箭，燃料用完后，空殼自動脫落，然后下一級火箭開始工作?；鸺c火后能加速上升的動力是什么力？(2)要提升運載物的最大速度可采用什么措施？提示：(1)燃燒產(chǎn)生的氣體高速向下噴出，氣體產(chǎn)生的反作用力推動火箭加速上升。(2)提高氣體噴射速度，增加燃料質(zhì)量，及時脫離前一級火箭空殼。

3．多級火箭由于受重力的影響，單級火箭達不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星所需要的7.9km/s，實際火箭為多級火箭。多級火箭發(fā)射時，較大的第一級火箭燃燒結(jié)束后，便自動脫落，接著第二級、第三級依次工作，燃燒結(jié)束后自動脫落，這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量，減輕負(fù)擔(dān)，使火箭達到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用同樣多的燃料的一級火箭所能達到的速度。目前多級火箭一般都是三級火箭，因為三級火箭能達到目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求。

一火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m＝200g的氣體，氣體離開發(fā)動機噴出時的速度v＝1000m/s(相對地面)，設(shè)火箭質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣20次。求一從靜止開始運動的火箭，當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后速度的大小。[答案]

2m/s火箭類問題的三點提醒(1)火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地的速度。(3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向。[針對訓(xùn)練]1．將質(zhì)量為1.00kg的模型火箭點火升空，50g燃燒的燃?xì)庖源笮?00m/s的速度從火箭噴口在很短時間內(nèi)噴出。在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽略) (

)A．30kg·m/s

B．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/s D．6.3×102kg·m/s解析：燃?xì)鈴幕鸺龂娍趪姵龅乃查g，火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)動量守恒，設(shè)燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動量大小為p，根據(jù)動量守恒定律，可得p－mv0＝0，解得p＝mv0＝0.050kg×600m/s＝30kg·m/s，選項A正確。答案：A

一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(選自魯科版新教材“迷你實驗室”)如圖所示，剪下一塑料瓶的瓶口部分，粘在另一塑料瓶的瓶底，做成“水火箭”頭，在靠近“水火箭”尾部處粘上定向尾翼。取大小合適的橡皮塞，在其中心裝上氣門芯。在瓶中裝入大半瓶水后，用橡皮塞塞緊瓶口?！八鸺本妥龊昧恕?/p>

把“水火箭”放在發(fā)射架上，用打氣筒通過氣門芯向瓶內(nèi)打氣。當(dāng)瓶內(nèi)空氣達到一定壓強時，水將橡皮塞沖開并向下高速噴出，由于反沖作用，“水火箭”便會沖向天空。 (1)“水火箭”是利用什么原理將瓶推向高空的？ (2)要想使“水火箭”升得更高些，應(yīng)從哪些方面考慮？提示：(1)利用水的反沖作用將瓶推向高空。(2)瓶子的質(zhì)量和形狀、瓶中水的多少、瓶塞與瓶口的摩擦及瓶塞插入瓶口的深度等。2．(選自魯科版新教材課后練習(xí))兩人站在靜止于水面、質(zhì)量為M的小船上，當(dāng)他們從船尾沿相同的方向水平跳出后，船獲得一定的速度。設(shè)兩人的質(zhì)量均為m，跳出時相對于地面的速度均為v，若忽略水的阻力，請比較兩人同時跳出和兩人依次跳出兩種情況下，小船所獲得的速度大小。[針對訓(xùn)練]1. 如圖所示，一個質(zhì)量為m1＝50kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下

面有一根長繩。氣球和長繩的總質(zhì)量為m2＝20kg，長繩的下端剛好

和地面接觸，初始靜止時人離地面的高度為h＝5m。如果這個人開

始沿長繩向下滑動，當(dāng)他滑到長繩下端時，他離地面高度約為(可

以把人看成質(zhì)點)