高中物理 第十六章 动量守恒定律 5 反冲运动火箭学案 新人教版选修3-5-新人教版高二选修3-5物理学案VIP免费

5反冲运动火箭1．反冲运动(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。这个现象叫做反冲。(2)反冲运动的特点：①反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。反冲运动过程中，一般满足系统的合外力为零或内力远大于外力的条件，因此可以运用动量守恒定律进行分析。②反冲运动中由于有其他形式的能转化为动能，于是系统的总动能增加，反冲运动是作用力与反作用力都做正功的典型事例。船桨向后划水，水对浆有向前的推力，是反冲吗？反冲是物体在内力作用下分裂为两部分，它们的运动方向相反。划船时，水不是船的一部分，运动方向也不一定相反，不是反冲。(3)反冲现象的应用及防止：①应用：农田喷灌装置的旋转喷头，反击式水轮发电机，喷气式飞机，导弹，飞行的火箭，章鱼和乌贼。②不利：用枪射击时，子弹向前飞去，枪身发生反冲向后运动，枪身的反冲是影响射击精准度的重要因素。【例1】一个质量为m的物体从高处自由下落，当物体下落h距离时突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块恰好能沿竖直方向回到开始下落的位置，求刚炸裂时另一块的速度v2。解析：以炸裂时分裂成的两块m1和(m－m1)组成的系统为研究对象，在炸裂的这一极短的时间内，系统受到的合外力即重力并不为零，但炸裂时的爆炸力远远大于系统的重力，系统在竖直方向的动量可认为近似守恒。取竖直向下的方向为正方向，炸裂前的两部分是一个整体，物体的动量为p＝mv＝m刚炸裂结束时向上运动并返回出发点的一块m1，其速度大小与炸裂前相同，动量方向与规定的正方向相反。p1＝m1v1＝－m1由动量守恒定律有mv＝m1v1＋(m－m1)v2代入解得：v2＝由于v2＞0，说明炸裂后另一块的运动方向竖直向下。答案：方向竖直向下辨误区内力远大于外力的情况本例中爆炸只发生在一瞬间，也只有在这一瞬间，系统的内力才远远大于系统所受的合外力，总动量近似守恒，如果爆炸结束，巨大的内力已经不存在了，系统的总动量不再守恒，明确这一研究阶段的始末状态，是求解这类问题的关键。2．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，是反冲运动的典型应用之一。(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，火箭获得大小相等、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，速度不断增大，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。(3)火箭飞行能达到的最大飞行速度，主要取决于两个因素：①喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s，提高到3～4km/s需很高的技术水平。②质量比(火箭开始飞行时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：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。【例2】一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v1＝1000m/s(相对地面)，设火箭质量M＝300kg，发动机每秒喷气20次。求当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？解析：法一：喷出气体的运动方向与火箭运动的方向相反，系统动量守恒。第一次气体喷出后，火箭速度为v1，有(M－m)v1－mv＝0，所以v1＝；第二次气体喷出后，火箭速度为v2，有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1，所以v2＝；第三次气体喷出后，火箭速度为v3，有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2，所以v3＝＝m/s＝2m/s。法二：选取整体为研究对象，运用动量守恒定律求解。设喷出三次气体后火箭的速度为v3，以火箭和喷出三次气体为研究对象，据动量守恒定律，得(M－3m)v3－3mv＝0，所以v3＝＝2m/s。答案：2m/s说明：题中火箭喷出气体后自身的质量减少，但由于在1秒钟时间内喷出的气体的质量远远小于火箭自身的质量，也可以不考虑火箭本身质量的变化。解题时一定要注意题设条件，一是火箭的质量M＝300kg内含燃料的质量；二是气体离开发动机时的速度v＝1000m/s是相对于地面的，若是相对于火箭的，列式时应转化为相对于地面的速度。3．反冲...