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第一章 第6節 反沖現象 火箭
學習目標
1.經歷實驗探究，認識反沖運動，能舉出幾個反沖運動的實例。
2.結合動量守恒定律對反沖現象做出解釋;進一步提高運用動量守恒定律分析和解
決實際問題的能力。
3.知道火箭的飛行原理和主要用途，了解我國的航空、航天事業的巨大成就，
我們熱愛祖國的情感。
重點難點
1.了解反沖運動的概念及反沖運動的一些應用.（重點）
2.知道反沖運動的原理．(重點)
3.掌握應用動量守恒定律解決反沖運動問題．(重點、難點)
4.了解火箭的工作原理及決定火箭最終速度大小的因素．(難點)
自主探究
一、反沖運動
1．定義
根據動量守恒定律，如果一個靜止的物體在內力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動，這個現象叫做反沖．
2．反沖原理
反沖運動的基本原理是動量守恒定律，如果系統的一部分獲得了某一方向的動量，系統的其他部分就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動量．
3．公式
若系統的初始動量為零，則動量守恒定律的形式變為0＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反沖運動的兩部分的動量大小相等、方向相反，而它們的速率與質量成反比．
二、火箭
1．原理
火箭的飛行應用了反沖的原理，靠噴出氣流的反沖作用來獲得巨大速度．
2．影響火箭獲得速度大小的因素
一是噴氣速度，二是火箭噴出物質的質量與火箭本身質量之比．噴氣速度越大，質量比越大，火箭獲得的速度越大．
課堂小測
(1)做反沖運動的兩部分的動量一定大小相等，方向相反． (√)
(2)章魚、烏賊的運動利用了反沖的原理． (√)
(3)火箭點火后離開地面向上運動，是地面對火箭的反作用力作用的結果． (×)
(4)在沒有空氣的宇宙空間，火箭仍可加速前行． (√)
(5)火箭發射時，火箭獲得的機械能來自于燃料燃燒釋放的化學能． (√)要
要點探究
反沖運動
1、反沖運動的特點
(1)物體的不同部分在內力作用下向相反方向運動。
(2)反沖運動中，內力做功，有其他形式的能轉變為動能，所以系統的總動能增加
2、反沖運動中，以下三種情況均可應用動量守恒定律解決。
(1)系統不受外力或所受外力之和為零，滿足動量守恒的條件，可以用動量守恒定律解決反沖運動問題。
(2)系統雖然受到外力作用，但內力遠遠大于外力，外力可以忽略，也可以用動量守恒定律解決反沖運動問題。
(3)系統雖然所受外力之和不為零，系統的動量并不守恒，但系統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、分析反沖運動應注意的問題
(1)速度的反向性問題
以反沖前的系統為參考系，則反沖前的系統動量為0，反沖后；拋出部分的速度與剩余部分的速度方向相反。在列動量守恒方程時，可任意規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)相對速度問題
反沖運動的問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度。由于動量守恒定律中要求速度為相對同一參考系的速度，通常為對地的速度。因此應先將相對速度轉換成對地的速度后，再應用動量守恒定律列方程。
(3)變質量問題
在反沖運動中還常遇到變質量物體的運動，如在火箭的運動過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的 短時間內噴出的氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程進行研究。
人船模型
質量為的人站在質量為的船一端，船的長度為L,人和船均靜止，若人從船的一端走到另一端，試確定人和船的位移關系。
1、處理思路:雖然人在船上走時，人與船的速度是變化的，但人與船這個系統動量守恒，故可先將每一小段的時間內的運動視為勻速運動，再利用動量守恒，確定每一小段時間t內人和船的位移關系，再確定兩者通過的總的位移的關系。
設某一微小時間段t內人的速度為，船的速度為，則有，兩邊同時乘t，則有。
畫出人和船的位移關系圖，如圖所示，由圖知
解得兩者的位移分別為，
2、使用此式解題時應注意
（1）式中的是兩者相對同一慣性參考系的位移(一般相對于地面），兩者方向相反，一正一負。
（2）此結論與兩者相對運動的速度大小無關。其相對運動不論是勻速運動還是變速運動，甚至是往返運動，結論都是相同的，此結論跟相互作用力是恒力還是變力也無關。
方法探究
一、反沖運動的特點及遵循的規律
1、反沖運動中應用動量守恒定律的條件:①系統不受外力或所受外力的矢量和為零;②內力遠大于外力;③系統在某一方向上不受外力或該方向上所受外力之和為零。
2.反沖運動遵循的規律:動量守恒定律。
3.討論反沖運動應注意的兩個問題:
（1）速度的反向性：以反沖前的系統為參考系，反沖后，被拋出部分與剩余部分的運動方向必然相反。
（2）速度的同系性：一般都轉換為對地速度
二、動量守恒中的位移問題
如果相互作用的物體做變速運動，而相互作用系統動量守恒為了求解系統內各物體的位移，可用動量守恒定律來處理。
隨堂訓練
1.運送人造地球衛星的火箭開始工作后,火箭做加速運動的原因是( )
A.燃料燃燒推動空氣,空氣反作用力推動火箭
B.火箭發動機將燃料燃燒產生的氣體向后推出,氣體的反作用力推動火箭
C.火箭吸入空氣,然后向后推出,空氣對火箭的反作用力推動火箭
D.火箭燃料燃燒發熱,加熱周圍空氣,空氣膨脹推動火箭
2.將質量為的模型火箭點火升空，燃燒的燃氣以大小為的速度從火箭噴口在很短時間內噴出。在燃氣噴出后的瞬間，火箭的動量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽略)( )
A． B．
C． D．
3.下列措施中有利于增加火箭的飛行速度的是( )
A.使噴出的氣體速度增大 B.使噴出的氣體溫度更高
C.使噴出的氣體質量更大 D.使噴出的氣體密度更小
4.如圖所示，設質量為M的導彈運動到空中最高點時速度為，突然炸成兩塊，質量為m的一塊以速度v沿的方向飛去，則另一塊的運動( )
A.一定沿的方向飛去 B.一定沿的反方向飛去
C.可能做自由落體運動 D.以上說法都不對
5.如圖所示，裝有炮彈的火炮總質量為，炮彈的質量為，炮彈射出炮口時對地的速率為，若炮管與水平地面的夾角為θ，則火炮后退的速度大小為（設水平地面光滑）( )
A. B. C. D.
答案以及解析
1.答案：B
解析：火箭工作的原理是火箭將燃料燃燒產生的高溫高壓氣體從尾噴管迅速噴出,使火箭獲得反沖速度,故選項B正確。
2.答案：A
解析：本題考查動量守恒定律及其相關的知識點。燃氣從火箭噴口在很短的時間內噴出，其噴出過程中重力和空氣阻力可忽略，因此火箭和燃氣組成的系統所受合外力為零，運用動量守恒定律解答即可。燃氣從火箭噴口噴出的瞬間，火箭和燃氣組成的系統動量守恒，設燃氣噴出后的瞬間，火箭的動量大小為，根據動量守恒定律，可得，解得，選項A正確.
3.答案：AC
解析：增大反沖作用力有利于增加火箭的飛行速度，僅增大噴出氣體的速度或質量可以增大反沖作用力，僅使噴出的氣體溫度更高或密度更小不能增大反沖作用力，選項AC正確，選項BD錯誤。
4.答案：C
解析：以整個導彈為研究對象，取的方向為正方向。根據爆炸的瞬間系統在水平方向上動量守恒，有，則得另一塊的速度為，若，則，說明另一塊可能沿的方向飛去；若，則，說明另一塊沿的反方向飛去；若，則，說明另一塊做自由落體運動，故選C。
5.答案：C
解析：炮彈和火炮組成的系統水平方向動量守恒，，得，選項C正確。
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