人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE1第6節(jié)反沖現(xiàn)象火箭核心素養(yǎng)物理觀念科學思維科學態(tài)度與責任1.了解什么是反沖現(xiàn)象和反沖在生活中的應用。2.知道火箭的飛行原理和主要用途。會應用動量守恒定律解決有關(guān)反沖問題。了解航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行。知識點一反沖現(xiàn)象〖觀圖助學〗兩位同學在公園里劃船。租船時間將到，她們把小船劃向碼頭。當小船離碼頭大約2m左右時，有一位同學心想：自己在體育課上立定跳遠的成績從未低于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)。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)〖答案〗這位同學與船組成的系統(tǒng)在不考慮水阻力的情況下，所受合外力為零，在她跳前后遵循動量守恒定律。她在跳出瞬間，船也要向后運動。所以人跳出時相對地的速度比在地上起跳時速度小，人不可能跳到岸上。1.定義：發(fā)射炮彈時，炮彈從炮筒中飛出，炮身則向后退。炮身的這種后退運動叫作反沖。2.規(guī)律：反沖現(xiàn)象中，系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，滿足動量守恒定律。3.反沖現(xiàn)象的防止及應用(1)防止：用槍射擊時，由于槍身的反沖會影響射擊的準確性，所以用槍射擊時要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響。(2)應用：農(nóng)田、園林的噴灌裝置利用反沖使水從噴口噴出時，一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)?！妓伎寂袛唷?1)反沖現(xiàn)象可以用動量守恒定律來處理。(√)(2)一切反沖現(xiàn)象都是有益的。(×)(3)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理。(√)下列圖片所描述的事例或應用中，沒有利用反沖原理的是()〖提*示〗D知識點二火箭〖觀圖助學〗火箭應用了反沖的原理，反沖過程動量守恒，它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度。1.工作原理：利用反沖的原理，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣從尾部噴管迅速噴出，使火箭獲得巨大速度。2.影響火箭獲得速度大小的兩個因素(1)噴氣速度：現(xiàn)代火箭的噴氣速度為2000～5000m/s。(2)質(zhì)量比：火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比。噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大。3.現(xiàn)代火箭的主要用途：利用火箭作為運載工具，如發(fā)射探測儀器、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等?！妓伎寂袛唷?1)火箭點火后離開地面加速向上運動，是地面對火箭的反作用力作用的結(jié)果。(×)(2)在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行。(√)(3)火箭獲得的速度僅與噴氣的速度有關(guān)。(×)火箭的工作原理，要明白與火箭發(fā)生相互作用的是火箭噴出的燃氣，而不是外界的空氣。而與帶螺旋槳的直升機發(fā)生相互作用的才是空氣，應注意兩者的區(qū)別。核心要點對反沖現(xiàn)象的理解〖要點歸納〗1.反沖現(xiàn)象的三個特點(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動。(2)反沖中，相互作用的內(nèi)力一般情況下遠大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠大于外力，所以可以用動量守恒定律或在某一方向上應用動量守恒定律來處理。(3)反沖中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機械能，所以系統(tǒng)的總動能增加。2.反沖現(xiàn)象中可應用動量守恒定律的三種情況(1)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零。(2)系統(tǒng)雖然受到外力作用，但內(nèi)力遠遠大于外力，外力可以忽略。(3)系統(tǒng)雖然所受外力之和不為零，系統(tǒng)的動量并不守恒，但系統(tǒng)在某一方向上不受外力或外力在該方向上的分力之和為零，則系統(tǒng)的動量在該方向上的分量保持不變，可以在該方向上應用動量守恒定律。3.在討論反沖現(xiàn)象問題時，應注意以下幾點(1)速度的反向性對于原來靜止的整體，拋出部分具有速度時，剩余部分的反沖是相對于拋出部分來說的，兩者運動方向必然相反，在列動量守恒方程時，可任意規(guī)定某一部分的運動方向為正方向，則反方向的另一部分的速度應取負值。(2)速度的相對性反沖現(xiàn)象中存在相互作用的物體間發(fā)生相對運動，已知條件中告知的常常是物體的相對速度。在應用動量守恒定律時，應將相對速度轉(zhuǎn)換為絕對速度(一般為對地速度)?！荚囶}案例〗〖例1〗如圖所示，自行火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M，當炮管水平，火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中，發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后，自行火炮的速度變?yōu)関2，仍向右行駛。則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為()A.eq\f(m（v1－v2）＋mv2,m) B.eq\f(M（v1－v2）,m)C.eq\f(M（v1－v2）＋2mv2,m) D.eq\f(M（v1－v2）－m（v1－v2）,m)審題指導對自行火炮和炮彈組成的系統(tǒng)，由于不受阻力作用，系統(tǒng)所受合外力為0，開炮過程中動量守恒，需要注意開炮后自行火炮的質(zhì)量會減少?！冀馕觥阶孕谢鹋谒絼蛩傩旭倳r，牽引力與阻力平衡，系統(tǒng)動量守恒。設(shè)向右為正方向，發(fā)射前動量之和為Mv1，發(fā)射后系統(tǒng)的動量之和為(M－m)v2＋m(v2＋v0)，由Mv1＝(M－m)v2＋m(v2＋v0)，解得v0＝eq\f(Mv1－（M－m）v2,m)－v2＝eq\f(M（v1－v2）,m)。故B正確?！即鸢浮紹〖針對訓練1〗某學習小組在探究反沖現(xiàn)象時，將質(zhì)量為m1的一個小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上，利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動力?，F(xiàn)在整個裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開瓶后向外噴射氣體的對地速度為v1，如果在Δt的時間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是()A.eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm) B.eq\f(Δmv1,m1＋m2)C.eq\f(Δmv1,m1－Δm) D.eq\f(Δmv1,m2－Δm)〖解析〗由動量守恒定律得(m1＋m2－Δm)v船－Δmv1＝0，解得v船＝eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm)。故選A?！即鸢浮紸核心要點火箭〖要點歸納〗1.火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應用。在火箭運動的過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，對于這一類的問題，可選取火箭本身和在相互作用的時間內(nèi)噴出的全部氣體為研究對象，取相互作用的整個過程為研究過程，運用動量守恒的觀點解決問題。2.火箭燃料燃盡時火箭獲得的最大速度由噴氣速度v和質(zhì)量比eq\f(M,m)(火箭起飛時的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比)兩個因素決定?！荚囶}案例〗〖例2〗火箭相對地面勻速飛行的速度為v0，某時刻的總質(zhì)量為M，現(xiàn)火箭發(fā)動機向后噴出氣體，若每次噴出的氣體質(zhì)量恒為m，相對于火箭的速度大小恒為u，不計空氣阻力和地球引力，求第二次氣體噴出后火箭的速度為多大。審題指導(1)題目中的速度u是相對于火箭的，而不是相對于地面的，不能直接代入動量守恒公式。(2)若噴出氣體后火箭速度分別為v1、v2，噴出的氣體對地速度分別是v1－u和v2－u。〖解析〗火箭與被噴氣體組成的系統(tǒng)不受外力作用，動量守恒。以v0方向為正方向，設(shè)噴出第一次氣體、第二次氣體后火箭速度分別為v1、v2，應用動量守恒定律，對第一次噴氣過程有：Mv0＝(M－m)v1＋m(v1－u)對第二次噴氣過程有：(M－m)v1＝(M－2m)v2＋m(v2－u)二式聯(lián)立解得火箭噴出第二次氣體后的速度為v2＝v0＋eq\f(mu,M)＋eq\f(mu,M－m)〖答案〗v0＋eq\f(mu,M)＋eq\f(mu,M－m)〖針對訓練2〗“世界航天第一人”是明朝的萬戶，如圖所示，他把47個自制的火箭綁在椅子上，自己坐在椅子上，雙手舉著大風箏，設(shè)想利用火箭的推力，飛上天空，然后利用風箏平穩(wěn)著陸。假設(shè)萬戶及其所攜設(shè)備(火箭、椅子、風箏等)的總質(zhì)量為M，點燃火箭后在極短的時間內(nèi)，質(zhì)量為m的燃氣相對地面以v0的速度豎直向下噴出，忽略空氣阻力的影響，重力加速度為g，下列說法正確的是()A.火箭的推力來源于空氣對它的反作用力B.在燃氣噴出后的瞬間，火箭的速度大小為eq\f(mv0,M－m)C.噴出燃氣后，萬戶及其所攜設(shè)備能上升的最大高度為eq\f(m2veq\o\al(2,0),g（M－m）2)D.在火箭噴氣過程中，萬戶及其所攜設(shè)備的機械能守恒〖解析〗火箭的推力來源于燃氣對它的反作用力，選項A錯誤；以豎直向下為正方向，根據(jù)動量守恒定律有0＝mv0－(M－m)v，解得在燃氣噴出后的瞬間，火箭的速度大小為v＝eq\f(mv0,M－m)，選項B正確；噴出燃氣后，萬戶及其所攜設(shè)備做豎直上拋運動，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，有eq\f(1,2)(M－m)v2＝(M－m)gh，解得萬戶及其所攜設(shè)備能上升的最大高度為h＝eq\f(m2veq\o\al(2,0),2g（M－m）2)，選項C錯誤；在火箭噴氣過程中，萬戶及其所攜設(shè)備的機械能增加，燃料燃燒，將一部分化學能轉(zhuǎn)化為萬戶及其所攜設(shè)備的機械能，選項D錯誤?！即鸢浮紹核心要點物理模型——“人船模型”及應用〖要點歸納〗1.“人船模型”的適用條件系統(tǒng)原來處于靜止狀態(tài)，在系統(tǒng)中物體發(fā)生相對運動的過程中，動量守恒或有一個方向動量守恒。其實質(zhì)就是初速度為0的系統(tǒng)中物體所做的反沖運動，系統(tǒng)滿足某方向上的平均動量守恒。2.模型特點(1)遵從動量守恒定律，如圖所示。(2)兩物體的位移滿足：meq\f(x人,t)－Meq\f(x船,t)＝0，x人＋x船＝L即x人＝eq\f(M,M＋m)L，x船＝eq\f(m,M＋m)L位移大小之比滿足x人∶x船＝M∶m，即兩物體的位移大小之比等于兩物體質(zhì)量的反比?！荚囶}案例〗〖例3〗有一條捕魚小船?？吭诤叴a頭，小船又窄又長，一位同學想用一個卷尺粗略測定它的質(zhì)量，他進行了如下操作：首先將船平行碼頭自由停泊，然后他輕輕從船尾上船，走到船頭后停下，而后輕輕下船，用卷尺測出船后退的距離d，然后用卷尺測出船長L(如圖所示)。已知他自身的質(zhì)量為m，則漁船的質(zhì)量為()A.eq\f(m（L＋d）,d) B.eq\f(m（L－d）,d)C.eq\f(mL,d) D.eq\f(m（L＋d）,L)〖解析〗設(shè)人走動時船的速度大小為v，人的速度大小為v′，人從船尾走到船頭所用時間為t，取船的運動方向為正方向，則v＝eq\f(d,t)，v′＝eq\f(L－d,t)，根據(jù)動量守恒定律得Mv－mv′＝0，解得船的質(zhì)量M＝eq\f(m（L－d）,d)，故選項B正確?！即鸢浮紹方法凝煉“人船模型”的推論(1)“人”走“船”走，“人”停“船”停。(2)x人＝eq\f(M,M＋m)L，x船＝eq\f(m,M＋m)L，即x人、x船大小與人運動時間和運動狀態(tài)無關(guān)。(3)eq\f(x人,x船)＝eq\f(M,m)，人、船的位移(在系統(tǒng)滿足動量守恒的方向上的位移)與質(zhì)量成反比?！坚槍τ柧?〗如圖所示，在一只大氣球下方的長繩上，有一個質(zhì)量為m1＝50kg的人。氣球和長繩的總質(zhì)量為m2＝20kg，長繩的下端剛好和水平面接觸。當靜止時人離地面的高度為h＝5m。如果這個人開始沿繩向下滑，當他滑到繩下端時，他離地面的高度約(可以把人看成質(zhì)點)()A.5m B.3.6m C.2.6m D.8m〖解析〗設(shè)人的速度大小為v1，氣球的速度大小為v2，根據(jù)人和氣球組成的系統(tǒng)動量守恒得m1v1＝m2v2，所以v1＝eq\f(2,5)v2，氣球和人運動的路程之和為h＝5m，則s1＝eq\f(10,7)m，s2＝eq\f(25,7)m，即人下滑eq\f(10,7)m，氣球上升eq\f(25,7)m，所以人離地高度為eq\f(25,7)m，約等于3.6m。故選B?！即鸢浮紹1.(反沖運動)(多選)2019年春節(jié)上映的國產(chǎn)科幻大片《流浪地球》中有這樣的情節(jié)：為了自救，人類提出一個名為“流浪地球”的大膽計劃，即傾全球之力在地球表面建造上萬座發(fā)動機，推動地球離開太陽系，用2500年的時間奔往另外一個棲息之地。這個科幻情節(jié)中有反沖運動的原理?，F(xiàn)實中的下列運動，屬于反沖運動的有()A.汽車的運動 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〗汽車的運動利用了汽車的牽引力，不屬于反沖運動，故A錯誤；直升機的運動利用了空氣的反作用力，不屬于反沖運動，故B錯誤；火箭的運動是利用噴氣的方式獲得動力的，屬于反沖運動，故C正確；反擊式水輪機的運動利用了水的反沖作用而獲得動力，屬于反沖運動，故D正確。〖答案〗CD2.(火箭原理)運送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后，火箭做加速運動的原因是()A.燃料推動空氣，空氣的反作用力推動火箭B.火箭發(fā)動機用力將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出，氣體的反作用力推動火箭C.火箭吸入空氣，然后向后排出，空氣對火箭的反作用力推動火箭D.火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周圍空氣，空氣膨脹推動火箭〖解析〗火箭的工作原理是利用反沖運動，是火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣從尾噴管迅速噴出時使火箭獲得反沖速度，故正確〖答案〗為選項B?！即鸢浮紹3.(人船模型的應用)如圖所示，一個傾角為α的直角斜面體靜置于光滑水平面上，斜面體質(zhì)量為M，頂端高度為h。今有一質(zhì)量為m的小物體，沿光滑斜面下滑，當小物體從斜面頂端自由下滑到底端時，斜面體在水平面上移動的距離是()A.eq\f(mh,M＋m) B.eq\f(Mh,M＋m)C.eq