第十六章 第5课时.docx

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第十六章第5课时

第5课时　反冲运动　火箭

[研究选考·把握考情]

知识内容

反冲运动　火箭

考试要求

加试b

基本要求

1.知道反冲现象，会运用动量守恒定律解释反冲现象。

2.知道火箭的飞行原理，初步了解提高火箭质量比的有效方法。

3.知道火箭的主要用途，了解人类航空、航天事业的巨大成就。

说明

不要求定量计算反冲问题。

[基础·要点]

1.反冲：

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。

2.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，可以自动改变喷水的方向。

（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。

[要点解读]

1.对反冲运动的理解

（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之和为零；

②内力远大于外力；

③系统在某一方向上不受外力或外力分力之和为零。

（3）反冲运动遵循动量守恒定律。

（4）讨论反冲运动应注意的两个问题。

①速度的反向性

对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲与抛出部分必然相反。

②速度的相对性

一般都指对地速度。

2.对“人船模型”问题的理解

（1）“人船模型”问题

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）人船模型的特点

①两物体满足动量守恒定律。

②运动特点：

人动船动，人静船静，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比。

[典例·跟踪]

【例1】如图1所示，质量为M的密闭汽缸置于光滑水平面上，缸内有一隔板P，隔板右边是真空，隔板左边是质量为m的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运动情况是（　　）

图1

A.保持静止不动

B.向左移动一定距离后静止

C.最终向左做匀速直线运动

D.先向左移动，后向右移动回到原来位置

解析　突然撤去隔板，气体向右运动，汽缸做反冲运动，当气体充满整个汽缸时，它们之间的作用结束。

由动量守恒定律可知，开始时系统的总动量为零，结束时总动量必为零，汽缸和气体都将停止运动，故B正确。

答案　B

跟踪训练1　一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后发射一发炮弹，设两炮弹质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是（　　）

A.动量不变，速度增大B.动量变小，速度不变

C.动量增大，速度增大D.动量增大，速度减小

解析　整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变，又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大。

答案　A

【例2】某人站在静浮于水面的船上，从某时刻开始人从船头走向船尾，设水的阻力不计，那么在这段时间内人和船的运动情况是（　　）

A.人匀速走动，船则匀速后退，且两者的速度大小与他们的质量成反比

B.人匀加速走动，船则匀加速后退，且两者的速度大小一定相等

C.不管人如何走动，在任意时刻两者的速度总是方向相反，大小与他们的质量成正比

D.人走到船尾不再走动，船则停下

解析　人和船组成的系统动量守恒，总动量为0；不管人如何走动，在任意时刻两者的动量大小相等，方向相反，且两者的速度大小与他们的质量成反比；若人停止运动则船也停止运动。

答案　

跟踪训练2　如图2所示，在光滑的水平面上有一物体M，物体上有一光滑的半圆弧轨道，最低点为C，两端A、B一样高。

现让小滑块m从A点静止下滑，则（　　）

图2

不能到达物体M上的B点

从A到C的过程中M向左运动，m从C到B的过程中M向右运动

从A到B的过程中物体M一直向左运动，m到达B的瞬间，M速度为零

与m组成的系统机械能守恒，水平方向动量守恒

解析　因系统水平方向不受外力，所以系统水平方向动量守恒，由于两个物体相互作用过程中，只有动能和重力势能发生转化，所以系统机械能守恒，m能到达小车上的B点。

答案　

[基础·要点]

1.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。

（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。

[要点解读]

对火箭原理的理解

（1）火箭燃料燃尽时火箭获得的最大速度由喷气速度v和质量比（火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比）两个因素决定。

（2）火箭喷气属于反冲类问题，是动量守恒定律的重要应用。

在火箭运动的过程中，随着燃料的消耗，火箭本身的质量不断减小，对于这一类的问题，可选取火箭本身和在相互作用的时间内喷出的全部气体为研究对象，取相互作用的整个过程为研究过程，运用动量守恒的观点解决问题。

[典例·跟踪]

【例3】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.燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭

B.火箭发动机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，然后向后推出，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　火箭工作的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，使火箭获得的反冲速度，故正确答案为选项B。

答案　B

跟踪训练3　采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度（　　）

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

解析　由动量守恒定律知，A、C项措施正确。

答案　

1.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

解析　反冲现象是一个物体分裂成两部分，两部分朝相反的方向运动，故直升机不是反冲现象。

答案　

2.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图3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（　　）

图3

A.打开阀门S1B.打开阀门S2

C.打开阀门S3D.打开阀门S4

解析　反冲运动中，系统的两部分运动方向相反，要使小车向前运动，水应向后喷出，故选项B正确。

答案　B

3.下列措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度的是（　　）

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

解析　喷气式飞机的工作原理是利用反冲运动，飞机喷出气体时，飞机获得向前的速度，根据动量守恒定律可知，增大喷出气体的动量可以增大飞机反冲速度，故A、C正确。

答案　

4.（2019·泉州高二检测）一人静止于光滑的水平冰面上，现欲向前运动，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.脱下外衣向后水平抛出

解析　由于冰面没有摩擦，所以C不行；A、B由于总动量守恒，所以人整体不动；只有D是反冲现象，可使人向前运动。

答案　D

5.一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射出一物体P，不计空气阻力，则（　　）

A.火箭一定离开原来轨道运动

一定离开原来轨道运动

C.火箭运动半径可能不变

运动半径一定减小

解析　火箭射出物体P后，由反冲原理知火箭速度变大，所需向心力变大，从而做离心运动离开原来轨道，半径增大。

P的速率可能减小、可能不变、可能增大，运动也存在多种可能性，所以A对，B、C、D错。

答案　A

1.关于反冲运动的说法中，正确的是（　　）

A.抛出物m1的质量要小于剩下质量m2才能获得反冲

B.若抛出质量m1大于剩下的质量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.对抛出部分和剩余部分都适用于牛顿第二定律

解析　反冲运动的定义为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，这种现象叫反冲运动。

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。

答案　D

2.一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

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。

答案　C

3.一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

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

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，说明甲|＝乙|＋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＞m乙，C对，D错。

答案　

4.一同学在地面上立定跳远的最好成绩是x（m），假设他站在车的A端，如图1所示，想要跳上距离为l（m）远的站台上，不计车与地面的摩擦阻力，则（　　）

图1

A.只要l

B.只要l

C.只要l＝x，他一定能跳上站台

D.只要l＝x，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x，故l

答案　B

5.如图2所示，船静止在平静的水面上，船前舱有一抽水机，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2

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

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。

答案　B

6.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

解析　反冲运动是物体在内力作用下分为两部分，其运动方向相反，向后划水，船向前运动是桨与外部水的作用，A错误；用力向后蹬地，人向前运动是人脚与外部地面的作用，C错误；用枪射击时，子弹向前飞，枪身后退，子弹与枪身是系统中的两部分，B正确；水流过水轮机时，水轮机旋转方向与水流出方向相反，水流过水轮机内部，是系统中的两部分，D正确。

答案　

7.一辆平板车停在光滑水平面上，车上一人（原来也静止）用锤子敲打车的左端，在锤子连续敲打下，这辆板车将（　　）

图3

A.左右振动B.向左运动

C.向右运动D.静止不动

答案　A

8.一气球由地面匀速上升，当气球下的吊梯上站着的人沿着梯子向上爬时，下列说法不正确的是（　　）

A.气球可能匀速上升B.气球可能相对地面静止

C.气球可能下降D.气球运动速度不发生变化

解析　气球和人组成的系统动量守恒，（M＋m）v0＝1＋2，当人沿梯子向上爬时，v1可能为零，可能为正，也可能为负，则只有D项错误。

答案　D

9.一条约为180的小船漂浮在静水中，当人从船尾走向船头时，小船也发生了移动，忽略水的阻力，以下是某同学利用有关物理知识分析人与船相互作用过程时所画出的草图（如图所示），图中虚线部分为人走到船头时的情景，请用有关物理知识判断下列图中所描述物理情景正确的是（　　）

解析　人和船组成的系统动量守恒，总动量为零，人向前走时，船将向后退，B正确。

答案　B

10.如图4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4

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

解析　小车和弹丸组成的系统动量守恒。

当弹丸向右运动时，小车向左运动；当弹丸流落入网兜中，小车和弹丸均停止运动，A项正确。

答案　A

11.绕地球在圆形轨道上匀速率运动的末级火箭和卫星，由于火箭燃料已经烧完，用于连接火箭和卫星的爆炸螺栓炸开，将卫星和末级火箭分开，火箭外壳被抛弃，此后两部分的运动情况是（　　）

A.火箭将做自由落体运动落回地面，进入大气层后烧毁

B.卫星将转入更高一些的轨道

C.卫星和火箭均在原轨道上，卫星在前火箭在后

D.卫星将进入较低的轨道，仍绕地球旋转

解析　火箭外壳与卫星分开时，由于爆炸螺栓炸开，对卫星有一向前的作用力。

对火箭外壳有一向后的反作用力，使卫星的速度增大，会进入更高一些的轨道绕地球做圆周运动，火箭外壳会进入较低的轨道绕地球做圆周运动，故B正确，A、C、D错。

答案　B

12.假设一个小型宇宙飞船沿人造地球卫星的轨道在高空中绕地球做匀速圆周运动，如果飞船沿其速度相反的方向抛出一个质量不可忽略的物体A，则下列说法正确的是（　　）

与飞船都可能沿原轨道运动

与飞船都不可能沿原轨道运动

运动的轨道半径可能减小，而飞船的运动轨道半径一定增大

可能沿地球方向竖直下落，而飞船运动的轨道半径将增大

解析　飞船沿其速度相反的方向抛出A，由动量守恒定律知飞船的速率变大，其轨道半径一定增大，而A的速度可能与飞船运动方向相同，也可能为零，还可能向相反的方向运动。

答案　

13.手持铁球的跳远运动员起跳后，欲提高跳远成绩，可在运动到最高点时，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.向左方抛出

解析　欲提高跳远成绩，则应增大水平速度，即增大水平方向的动量，所以可将铁球向后抛出，人和铁球的总动量守恒，因为铁球的动量向后，所以人向前的动量增加。

答案　C

14.如图5所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。

已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为（　　）

图5

0－v20＋v2

0－v20＋（v0－v2）

解析　根据动量守恒定律（m1＋m2）v0＝m1v1＋m2v2，解得v1＝v0＋（v0－v2），故A、B、C错误，D正确。

答案　D