内容发布更新时间 : 2024/5/23 17:12:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

5 反冲运动 火箭

学 习 目 标 1.了解反冲运动的概念及反冲运动的一些应用． 2．知道反冲运动的原理．(重点) 3．掌握应用动量守恒定律解决反冲运动问题．(重点、难点) 4．了解火箭的工作原理及决定火箭最终速度大小的因素．(难点)

知 识 脉 络 反 冲 运 动

[先填空] 1．定义

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，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．反冲原理

反冲运动的基本原理是动量守恒定律，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同样大小的动量．

3．公式

若系统的初始动量为零，则动量守恒定律的形式变为0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率与质量成反比．

[再判断]

1．做反冲运动的两部分的动量一定大小相等，方向相反．(√) 2．一切反冲现象都是有益的．(×)

3．章鱼、乌贼的运动利用了反冲的原理．(√) [后思考]

1．反冲运动中，内力做功的代数和是否为零？

【提示】 不为零．反冲运动中，两部分受到的内力做功的代数和为正值．

2．两位同学在公园里划船，当小船离码头大约1.5 m时，有一位同学心想：自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m，跳到岸上绝对没有问题．于是她纵身一跳，结果却掉到了水里(如图16-5-1所示)，她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢？

1

图16-5-1

【提示】 这位同学与船组成的系统在不考虑水的阻力的情况下，所受合外力为零，在她跳起前后遵循动量守恒定律．在她向前跳起瞬间，船要向后运动．

[合作探讨]

如图16-5-2所示，为一条约为180 kg的小

图16-5-2

船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，不计水的阻力． 探讨1：小船发生移动的动力是什么力？小船向哪个方向运动？ 【提示】 摩擦力．向左运动，即与人行的方向相反． 探讨2：当人走到船头相对船静止时，小船还运动吗？为什么？

【提示】 不运动．小船和人组成的系统动量守恒，当人的速度为零时，船的速度也为零． 探讨3：当人从船尾走到船头时，有没有可能出现如图16-5-3甲或如图乙的情形？为什么？

甲 乙 图16-5-3

【提示】 不可能．由系统动量守恒可知，人和船相对于地面的速度方向一定相反，不可能向同一个方向运动，且人船位移比等于它们质量的反比．

[核心点击]

1．反冲运动的特点及遵循的规律

(1)特点：是物体之间的作用力与反作用力产生的效果．

(2)条件：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零．②内力远大于外力；③系统在某一方向上不受外力或该方向上所受外力之和为零．

(3)反冲运动遵循动量守恒定律． 2．讨论反冲运动应注意的两个问题 (1)速度的反向性

对于原来静止的物体，被抛出部分具有速度时，剩余部分的运动方向与被抛出部分必然相反． (2)速度的相对性

2

一般都指对地速度． 3．“人船模型”问题 (1)定义

两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力的矢量和为零，则动量守恒．在相互作用的过程中，任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比．这样的问题归为“人船模型”问题.

(2)特点

①两物体满足动量守恒定律：m1v1－m2v2＝0.

②运动特点：人动船动，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量的反x1v1m2

比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即＝＝.

x2v2m1

③应用此关系时要注意一个问题：即公式v1、v2和x一般都是相对地面而言的．

1．小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图16-5-4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，可采用的方法是打开阀门________．

图16-5-4

【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．

【答案】 S2

2．质量为M的热气球吊筐中有一质量为m的人，共同静止在距地面为h的高空中．现从气球上放下一根质量不计的软绳，为使此人沿软绳能安全滑到地面，则软绳至少有多长？

【解析】 如图所示，设绳长为L，人沿软绳滑至地面的时间为t，由图可知，L＝x人＋x球．设人下滑的平均速度大小为v人，气球上升的平均速度大小为v球，由动量守恒定律得：

0＝Mv球－mv人

?x球??x人?即0＝M??－m??，0＝Mx球－mx人 ?t??t?

又有x人＋x球＝L，x人＝h M＋m

解以上各式得：L＝h. M

3

【答案】

M＋m

h M

解决“人船模型”应注意两点 (1)适用条件：

①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；

②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向)．

(2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移．

火 箭

[先填空] 1．原理

火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大速度． 2．影响火箭获得速度大小的因素

一是喷气速度，二是火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比．喷气速度越大，质量比越大，火箭获得的速度越大．

[再判断]

1．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．(×) 2．在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行．(√)

3．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．(√) [后思考]

假如在月球上建一飞机场，应配置喷气式飞机还是螺旋桨飞机呢？

【提示】 应配置喷气式飞机．喷气式飞机利用反冲运动原理，可以在真空中飞行，而螺旋桨飞机是靠转动的螺旋桨与空气的相互作用力飞行的，不能在真空中飞行．

[合作探讨]

如图16-5-5所示，是多级运载火箭的示意图，发射时，先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作．

图16-5-5

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