主题一 8 火箭的发射与反冲现象导学案 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）

这是一份主题一 8 火箭的发射与反冲现象导学案 2027届高三物理一轮复习（浙江专版），共7页。学案主要包含了反冲现象，火箭等内容，欢迎下载使用。
1.知道什么是反冲运动;知道火箭的工作原理。
2.能利用动量守恒定律解释反冲现象。
3.知道“人船”模型和爆炸类问题都可以看成反冲运动问题处理。
 情境探究
探究点1 生活中的反冲现象
点燃“窜天猴”的药捻,便会向后喷出亮丽的火焰,同时“嗖”的一声飞向天空。
思考:(1)“窜天猴”的运动方向与它们喷出气体的方向 ,促使“窜天猴”运动的施力物体是 。
(2)若将“窜天猴”放在真空的环境中,上述现象能否发生?
提示:(1)相反 喷出的气体
(2)能发生
探究点2 火箭的发射原理——反冲
如图所示为某运载火箭发射过程中的瞬间。判断下列说法的正误。
(1)火箭升空时,燃料燃烧产生的高温高压气体对火箭的推力,本质是反作用力,属于反冲现象。( )
(2)在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行。( )
(3)火箭飞行过程中,因不断喷出燃气,其质量逐渐减小,所以火箭的加速度会一直减小。( )
答案:(1)√ (2)√ (3)×
一、反冲现象
二、火箭
要点一 反冲运动
[典例1] (对反冲运动的理解)下列图片所描述的事例中,没有利用反冲运动原理的是( )

A.喷灌装置的自动旋转B.章鱼在水中前行和转向

C.运载火箭发射过程D.码头边轮胎的保护作用
解析:D 喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而旋转的,章鱼在水中前行和转向利用了喷出的水的反冲作用,火箭发射是利用喷气的方式获得动力,利用了反冲运动,A、B、C不符合题意;码头边轮胎的作用是延长碰撞时间,从而减小作用力,没有利用反冲作用,D符合题意。
[典例2] (反冲运动的应用)(绍兴)如图所示,一个连同装备共有100 kg的航天员,脱离宇宙飞船后,在离飞船45 m的位置与飞船处于相对静止的状态。装备中有一个高压气源,能以50 m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10 min内返回飞船,他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出的气体质量约为( )
kg kg
C.1.5 kgD.15 kg
解析:B 已知距离s=45 m,时间t=10 min=600 s,可得航天员返回飞船所需的最小速度v=st=
45600 m/s=0.075 m/s,初始时航天员与气体均静止,系统总动量为0。设喷气前系统质量M=
100 kg,喷出气体质量为m,气体速度u=50 m/s,取航天员运动方向为正方向,由系统动量守恒有(M-m)v-mu=0,代入数值得m≈0.15 kg。
讨论反冲运动应注意的两个问题
(1)速度的方向性:对于原来静止的整体,可任意规定某一部分的运动方向为正方向,则反方向运动的另一部分的速度就要取负值。
(2)速度的相对性:反冲问题中,若已知相互作用的两物体的相对速度,先将各速度转换成相对同一参考系的速度(地面上物体一般指对地速度),再列动量守恒方程求解。
要点二 火箭发射问题
[典例3] (对火箭发射的理解)关于火箭、反冲现象,下列说法正确的是( )
A.火箭、汽车的运动都属于反冲运动
B.火箭开始工作后做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气,空气的反作用力推动火箭
C.为了减少反冲的影响,用枪射击时要用肩部抵住枪身
D.在没有空气的宇宙空间,火箭无法利用反冲进行加速
解析:C 火箭的运动属于反冲运动,而汽车是利用燃料燃烧获得向前的牵引力从而使汽车前进的,不属于反冲运动,A错误;由于反冲作用,火箭燃料燃烧产生的气体给火箭一个反作用力使火箭加速运动,这个反作用力并不是空气给的,B错误;用枪射击时要用肩部抵住枪身,这样可以减少反冲的影响,C正确;火箭的加速利用了反冲原理,靠喷出气流的反作用力进行加速,没有空气也可以加速,D错误。
[典例4] (火箭发射问题的计算)(多选)2025年11月25日,长征二号F遥二十二运载火箭托举神舟二十二号飞船,直奔“天宫”,我国载人航天工程首次应急发射任务取得圆满成功。运载火箭飞行时,设在极短时间Δt内喷射燃气的质量是Δm,喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u,喷出燃气后火箭的质量是m,下列说法正确的是( )
A.火箭加速的原因:燃气推动周围空气,空气的反作用力推动火箭
B.喷出燃气后,火箭的动量改变量大小为Δmu
C.喷出燃气时,火箭受到的推力为muΔt
D.u越大,Δmm越大,火箭增加的速度Δv就越大
解析:BD 火箭加速的原因:火箭喷出燃气,燃气的反作用力推动火箭,A错误;喷出燃气前后,火箭和燃气动量守恒,火箭的动量改变量大小等于喷射燃气的动量改变量大小Δp=Δmu,B正确;根据动量定理Δp=FΔt,火箭受到的推力为F=ΔmuΔt,C错误;火箭和燃气动量守恒,可知Δmu=mΔv,解得Δv=Δmum,可知u越大,Δmm越大,火箭增加的速度Δv就越大,D正确。
分析火箭类问题应注意的问题
(1)在火箭运动过程中,随着燃料的燃烧,火箭本身的质量不断减小,故在应用动量守恒定律时,必须取在同一相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前后各物体质量的变化。
(2)明确两部分物体初、末状态速度的参考系是否为同一参考系,如果不是同一参考系要设法予以转换,一般要转换成对地的速度。
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。
要点三 爆炸类问题
1.炮弹在空中爆炸时,所受合外力(重力)虽不为零,但合外力(重力)比起炮弹弹片间相互作用的内力小得多,故可认为爆炸过程炮弹系统(各弹片)的动量守恒。
2.爆炸时位置不变,各弹片自爆炸位置以炸裂后的速度开始运动。
[典例5] (杭州)假设一枚在空中飞行的导弹,质量为m=1 200 kg,飞行到某点时速度方向水平,大小为v=200 m/s,方向如图所示,导弹在该点突然炸裂成两部分,其中质量m1=600 kg的一个弹头沿着v的方向飞去,其速度大小为v1=500 m/s,求:
(1)炸裂后另一块质量m2=600 kg的弹头的速度v2;
(2)炸裂后导弹两部分的总动能比炸裂前增加了多少?
答案:(1)100 m/s,方向与v的方向相反
(2)5.4×107 J
解析:(1)设初速度v的方向为正方向,爆炸前后水平方向动量守恒,则有mv=m1v1+m2v2,
代入数据解得v2=-100 m/s,
即炸裂后另一块弹头的速度大小为100 m/s,方向与v的方向相反。
(2)炸裂后导弹两部分总动能比炸裂前增加量为
ΔEk=12m1v12+12m2v22-12mv2,
代入数据解得ΔEk=5.4×107 J。
要点四 “人船”模型
[典例6] (“人船”模型)如图所示,质量为M=300 kg的小船,长为L=3 m,浮在静水中。开始时质量为m=60 kg的人站在船头,人和船均处于静止状态,不计水的阻力,若此人从船头向船尾行
走,求:
(1)当人的速度大小为5 m/s时,船的速度;
(2)当人恰好走到船尾时,船前进的距离。
[破题路径]
明确系统(人+船)→判定守恒条件(无外力,动量守恒)→列守恒方程(mv人=Mv船)→结合已知量求速度(第一问)→关联位移关系(x人+x船=L)→联立方程求位移(第二问)。
答案:(1)1 m/s (2)0.5 m
解析:(1)根据动量守恒定律可得
mv人-Mv船=0,解得v船=1 m/s。
(2)由题图可知x人+x船=L,
mx人t-Mx船t=0,解得x船=0.5 m。
[典例7] (“类人船”模型)如图所示,气球质量为30 kg,载有质量为60 kg的人,静止在空中距地面15 m高的地方,气球下方悬挂一根质量可忽略不计的绳子,此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面,为了安全到达地面,绳长至少为(不计人的身高,可以把人看作质点)( )
A.7.5 mB.15 mC.30 mD.45 m
解析:D 设人的质量为m1,气球的质量为m2,系统所受重力与浮力平衡,合外力为零,根据系统动量守恒得m1v1=m2v2,变形可得m1v1t=m2v2t,其中人与气球运动的距离分别为h=v1t=15 m,h球=v2t,联立可得ℎℎ球=m2m1,又h+h球=l,代入数据解得绳长至少为l=45 m,故选D。模型
图示
模型
特点
(1)两者满足动量守恒定律:mv人-Mv船=0。
(2)两者的位移大小满足:mx人t-Mx船t=0,
x人+x船=L,得x人=MM+mL,x船=mM+mL
运动
特点
(1)人动则船动,人静则船静,人快船快,人慢船慢,人左船右。
(2)人船位移比等于二者质量的反比;人船平均速度(瞬时速度)比等于二者质量的反比,即x人x船=v人v船=Mm