?1.6 反沖現(xiàn)象 火箭

基礎(chǔ)知識梳理

一、反沖現(xiàn)象
1.定義：一個 的物體在 的作用下分裂為兩部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向 的方向運動的現(xiàn)象.
2.規(guī)律：反沖運動中，相互作用力一般 ，滿足 定律.
3.反沖現(xiàn)象的應(yīng)用及防止：
(1)應(yīng)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).
(2)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.
二、火箭
1.工作原理：利用 運動，火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓 從尾部噴管迅速噴出，使火箭獲得巨大的向前的速度.
2.影響火箭獲得速度大小的兩個因素：
(1) 速度：現(xiàn)代火箭的噴氣速度為2 000～4 000 m/s.
(2) ：火箭初始時的質(zhì)量與燃料用完時箭體質(zhì)量之比.噴氣速度 ，質(zhì)量比 ，火箭獲得的速度 .
3.現(xiàn)代火箭的主要用途：利用火箭作為 ，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.
典型例題分析

考點一：反沖現(xiàn)象
【例1】如圖所示，自行火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M，當(dāng)炮管水平，火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛時，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（　?。?br />
A． B．
C． D．

【變式練習(xí)】
1．一質(zhì)量為M的航天器正以速度v0在太空中飛行，某一時刻航天器接到加速的指令后，發(fā)動機瞬間向后噴出一定質(zhì)量的氣體，氣體噴出時速度大小為v1，加速后航天器的速度大小為v2，則噴出氣體的質(zhì)量m為（　?。?br /> A．M B．M C．M D．M
2．下列幾種運動模型屬于緩沖現(xiàn)象的是（　?。?br /> A． B．
C． D．

考點二：火箭原理
【例2】2021年6月17日，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射，成功將神舟十二號載人飛船送入預(yù)定軌道。如果長征二號F遙十二運載火箭（包括載人飛船、宇航員和燃料）的總質(zhì)量為M，豎直向上由靜止開始加速，每次向下噴出質(zhì)量為m的燃氣，燃氣被噴出時相對地面的速度大小均為v，則第5次噴出燃氣的瞬間，運載火箭速度大小為（忽略重力的影響）（　?。?br /> A． B． C． D．
【變式練習(xí)】
1．豎直發(fā)射的火箭質(zhì)量為6×103kg。已知每秒鐘噴出氣體的質(zhì)量為200kg。若要使火箭獲得大小為20.2m/s2、方向向上的加速度，則噴出氣體的速度大小最接近（　　）
A．700m/s B．800m/s C．900m/s D．1000m/s
2．2021年10月16日0時23分，搭載神舟十三號載人飛船的長征二號F遙十三運載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，順利將翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員送入太空。按照計劃部署，神舟十三號航天員乘組將在軌駐留六個月。假設(shè)將發(fā)射火箭看成如下模型：靜止的實驗火箭，發(fā)射前總質(zhì)量（含燃料）為M=2200g，取豎直向下為正方向，火箭所受重力和空氣阻力可忽略不計。當(dāng)它以v0=880m/s的對地速度豎直向下噴出質(zhì)量為Δm=200g的高溫氣體后，火箭的對地速度為（　　）
A．-80m/s B．80m/s C．-88m/s D．88m/s
考點三：人船模型問題
【例3】如圖所示，有一只小船?？吭诤叴a頭，小船又窄又長（估計重一噸左右）。一位同學(xué)想用一個卷尺粗略測定它的質(zhì)量。他進行了如下操作：首先將船平行于碼頭自由停泊，輕輕從船尾上船，走到船頭停下，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。已知他的自身質(zhì)量為m，水的阻力不計，船的質(zhì)量為（　?。?br />
A． B． C． D．
【變式練習(xí)】
1．質(zhì)量為 m 的人在質(zhì)量為 M 的小車上從左端走到右端，如圖所示，當(dāng)車與地面摩擦不計時，那么（　?。?br />
A．人在車上行走，若人相對車突然停止，則車由于慣性過一會才停止
B．人在車上行走的平均速度越大，則車在地面上移動的距離也越大
C．人在車上行走的平均速度越小，則車在地面上移動的距離就越大
D．不管人以什么樣的平均速度行走，車在地面上移動的距離相同
2．一空船靜止于水面上，船后艙因有漏洞進水，堵住漏洞后用一水泵把后艙中的水抽往前艙，前后艙用隔板隔開，如圖所示。不計水的阻力，在抽水過程中船的運動情況是（　?。?br />
A．保持靜止 B．持續(xù)向前運動 C．持續(xù)向后運動 D．前后往復(fù)運動
方法探究

一、反沖運動的理解和應(yīng)用
1.反沖運動的三個特點
(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動.
(2)反沖運動中，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，所以兩部分組成的系統(tǒng)動量守恒或在某一方向動量守恒.
(3)反沖運動中，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.討論反沖運動應(yīng)注意的兩個問題
(1)速度的方向性：對于原來靜止的整體，當(dāng)被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就要取負值.
(2)速度的相對性：反沖問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度.但是動量守恒定律中速度通常為相對地面的速度.因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成相對地面的速度，再列動量守恒定律方程.
二、火箭的工作原理分析
1.火箭噴氣屬于反沖類問題，是動量守恒定律的重要應(yīng)用.
2.分析火箭類問題應(yīng)注意的三個問題
(1)火箭在運動過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動量守恒定律時，必須取在同一相互作用時間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象.注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化.
(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地的速度.
(3)列方程時要注意初、末狀態(tài)動量的方向.
三、反沖運動的應(yīng)用——“人船模型”
1.“人船模型”問題
兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，若所受外力的矢量和為零，則動量守恒.
2.人船模型的特點
(1)兩物體滿足動量守恒定律：m11－m22＝0.
(2)運動特點：人動船動，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右，人船位移比等于它們質(zhì)量的反比，即m1x1＝m2x2.
課后小練

一、單選題
1．—個爆竹豎直升空后在最高點炸裂成質(zhì)量相等的甲、乙兩塊，其中炸裂后一瞬間甲的速度方向如圖所示，不計空氣阻力，則下列說法正確的是（　?。?br />
A．甲、乙有可能同時落地
B．甲、乙落地時的速度一定相同
C．從炸裂到落地，甲、乙的速度變化相同
D．甲、乙落地瞬間，重力的瞬時功率相同
2．以下實例中不是利用反沖現(xiàn)象的是（　?。?br /> A．當(dāng)槍發(fā)射子彈時，槍身會同時向后運動
B．烏賊向前噴水從而使自己向后游動
C．火箭中的火藥燃燒向下噴氣推動自身向上運動
D．戰(zhàn)斗機在緊急情況下拋出副油箱以提高機身的靈活性
3．2021年6月17日9時22分，我國神舟十二號載人飛船發(fā)射圓滿成功。如圖是神舟十二號載人飛船發(fā)射瞬間的畫面，在火箭點火發(fā)射瞬間，質(zhì)量為m的燃氣以大小為的速度從火箭噴口在很短時間內(nèi)噴出。已知發(fā)射前火箭的質(zhì)量為M，則在燃氣噴出后的瞬間，火箭的速度大小為（燃氣噴出過程不計重力和空氣阻力的影響）（　　）

A． B． C． D．
4．一顆煙花彈從水平地面以一定的速度豎直上升，速度為零的瞬間爆炸分成兩部分，如圖所示，其中a部分質(zhì)量是b部分質(zhì)量的2倍，a部分水平飛出。不計空氣阻力和火藥的質(zhì)量，a、b兩部分落地時水平方向的動量大小分別為、，a、b兩部分做平拋運動過程中動量的變化量大小分別為、、則（　?。?br />
A．， B．，
C．， D．，
5．如圖所示，質(zhì)量為m的半徑為R的光滑圓弧形凹槽靜止在光滑水平面上，質(zhì)量也為m的小鋼球從槽的頂端A處由靜止釋放，在小球下滑到底端B的過程中，則（　?。?br />
A．小球和凹槽組成的系統(tǒng)動量守恒 B．小球與凹槽、地球組成的系統(tǒng)機械能守恒
C．小球?qū)Φ氐倪\動位移為R D．小球所受合力的瞬時功率一直增大
6．某人站在靜止于光滑水平面上的平板車上面。若人從車頭走向車尾，人和車的運動情況為（　?。?br /> A．人勻加速走動，車勻加速前進，兩者對地加速度大小相等。
B．人勻速走動，則車勻速前進，人和車對地位移大小與質(zhì)量成正比。
C．不管人如何走，任意時刻人和車總動量相同。
D．人停止走動時，車的速度不一定為零。
7．一位同學(xué)從船尾走到船頭停下。船后退的距離d，船長L。已知他的自身質(zhì)量為m，水的阻力不計，船的質(zhì)量為（　　）

A． B． C． D．
8．中國航天“超級2021”，天和核心艙一飛沖天，中國正式邁入空間站時代，“天問一號”火星著陸，“羲和號”實現(xiàn)中國太陽探測零的突破，長征系列火箭發(fā)射超過400次……這一年，無數(shù)航天人接力探索，成就了這史無前例的航天大年！根據(jù)已知信息，下列選項中判斷不正確的是（　?。?。
A．天和核心艙繞地球穩(wěn)定運行時離地球表面大約400公里，則天和核心艙運行周期一定小于24小時
B．“天問一號”火星探測器著陸前在停泊軌道運行，停泊軌道是橢圓，則探測器在近火點的速度一定大于遠火點速度
C．“羲和號”人造地球衛(wèi)星運行于距離地球517公里高度的軌道，這個軌道經(jīng)過地球的南北極，則“羲和號”衛(wèi)星的發(fā)射速度一定大于第二宇宙速度
D．長征系列火箭發(fā)射時是靠噴出氣流的反沖作用獲得巨大速度，則同一火箭噴出相同質(zhì)量氣體時，氣流的速度越大，火箭獲得的速度就越大
二、多選題
9．光滑水平面上放有一上表面光滑、傾角為α的斜面體A，斜面體質(zhì)量為M、底邊長為L，如圖所示。將一質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的滑塊B從斜面的頂端由靜止釋放，滑塊B經(jīng)過時間t剛好滑到斜面底端。此過程中斜面對滑塊的支持力大小為FN，則下列說法中正確的是（　?。?br />
A．FN=mgcos α
B．滑塊下滑過程中支持力對B的沖量大小為FNt
C．滑塊B下滑的過程中A、B組成的系統(tǒng)動量守恒
D．此過程中斜面體向左滑動的距離為
10．一只質(zhì)量為的烏賊吸入的水，靜止在水中。遇到危險時，它在百分之一秒時間內(nèi)把吸入的水向后全部噴出，以2m/s的速度向前逃竄。以下說法正確的是（　?。?br /> A．該烏賊與噴出的水的動量變化大小相等、方向相同
B．該烏賊噴出的水的速度大小為28m/s
C．該烏賊在這一次逃竄過程中消耗的能量為
D．該烏賊噴出水的過程中對水的平均作用力大小為280N
11．如圖所示，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑的水平面上，小車AB段是半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道，BC段是長為L的水平粗糙軌道，兩段軌道相切于B點。一質(zhì)量為m的滑塊在小車上從A點由靜止開始沿軌道滑下，然后滑入BC軌道，最后恰好停在C點。已知小車質(zhì)量M=2m，重力加速度為g。則滑塊從A運動到C的過程中，下列說法正確的是（　?。?br />
A．滑塊減少的機械能等于系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量
B．小車相對地面的位移大小為
C．小車M的最大速度為
D．小車M的最大速度為
12．一彈丸在飛行到距離地面高時僅有水平速度，爆炸成為甲、乙兩塊水平飛出，甲、乙的質(zhì)量比為，不計質(zhì)量損失，取重力加速度。則下列圖中兩塊彈片飛行的軌跡不正確的是（　?。?br /> A． B．
C． D．
三、解答題
13．如圖甲所示，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑水平面上，小車AB段是半徑為R的四分之一圓弧光滑軌道，BC段是長為L的水平粗糙軌道，兩段軌道相切于B點。一質(zhì)量為m的滑塊在小車上從A點由靜止開始沿軌道滑下，重力加速度為g。
（1）若固定小車，求滑塊運動過程中對小車的最大壓力的大??；
（2）若不固定小車，滑塊從A′點由靜止下滑，然后滑入BC軌道，最后從C點滑出小車，如圖乙所示。已知A′O與豎直方向夾角為θ = 60°，小滑塊的質(zhì)量，滑塊與軌道BC間的動摩擦因數(shù)為μ，求：
①滑塊運動過程中，小車的最大速率；
②滑塊從B到C運動過程中，小車的位移大小x。

14．如圖所示，一粗糙的水平平臺左端固定一輕質(zhì)彈簧，在平臺最右端并排靜止放置可視為質(zhì)點的兩個小物塊A和B，質(zhì)量mA=0.2kg，mB=0.4kg，A、B間夾有少量炸藥。在平臺右側(cè)緊挨著平臺的水平地面上靜止放置一質(zhì)量為mC=0.2kg的木板C，木板C的上表面與平臺在同一水平面上，其高度h=0.2m，長度L=1m，物塊B與木板C上表面、地面與木板C下表面間的動摩擦因數(shù)分別為μ1=0.4，μ2=0.1．某時刻炸藥爆炸，A、B分別沿水平方向運動，物塊A壓縮彈簧后被彈回并恰好停在爆炸前的位置，且彈簧被壓縮過程中的最大彈性勢能為Ep=4.05J；物塊B最終落到地面上。取重力加速度g=10m/s2。求：
（1）物塊B從木板C上表面飛出至落到地面上所經(jīng)歷的時間？
（2）爆炸后瞬間，物塊B的速度大?。?br /> （3）物塊B剛落到地面時與木板C右端的水平距離？





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