师：各位同学，大家好，今天我们来学习第五节。首先，我们观看一段视频。这是上个月9日晚间，我国在西昌卫星发射中心成功将北斗系统第54颗卫星发射升空，并顺利送入预定轨道。担任此次发射任务的是长征三号乙运载火箭。大家有没有想过，重达几百吨的火箭从哪里获得如此大的动力？它的飞行原理又是什么呢？这节课我们就一起揭开这个奥秘。
火箭似乎离我们有点远，不过我们可以用身边的事物做一些类似火箭飞行的小实验。大家请看，这是水火箭发射的画面，当瓶内压缩空气达到一定程度时，会将水从水火箭中喷出。我们来看看实验现象。
师：大家看，当水向下喷时，水火箭往上飞。这是一辆气球小车，当我们松开手后，发现气球在喷气的同时，小车在气球带动下往前进。这是一辆蒸汽炮车，在试管内注入少量水，用塞子塞住试管，将试管固定在小车上，用酒精灯加热试管底部。当瓶内水蒸气浓度达到一定程度时，会将塞子喷出。
师：我们观察到，塞子向前喷出的同时，小车往后退。对比这三个不同的运动，大家能不能发现它们有哪些共同点呢？
生：原来是一个物体，后来一分为二，这两部分朝相反方向运动。
师：非常好！在物理上，我们把这样的运动称之为反冲。所谓反冲，是指一个物体在内力的作用下分裂成两部分，一部分向某一方向运动，另一部分向相反方向运动的现象。
为什么说是在内力作用下分裂成两部分呢？我们以刚才的气球小车为例，在气球喷气时，气球和喷出的气体同时受到来自对方的相互作用力，正是在这个力的作用下，气球带动小车向左运动。那么，如果我们把气球和喷出的气体看作一个系统，它们之间的这一对相互作用力就是这个系统的内力了。由此，我们能得出反冲现象的原因，实际上就是相互作用的物体间作用力与反作用力产生的结果。
可能有同学会问，刚才气球带动小车在地面上滑动时，不可避免地会受到摩擦阻力等其他外力。牛顿运动定律告诉我们，合力才是改变物体运动状态的原因，我们这里说内力改变了气球小车的运动状态，这种说法对不对呢？大家是怎么理解上述表述中的内力呢？
生：在反冲运动中一般时间极短，所以内力特别大，相比之下，其他外力可以忽略，所以说内力改变小车运动状态是一种近似说法。
师：非常棒！那么在此基础上，大家能从冲量和动量的角度来分析反冲运动吗？
生：反冲运动的两部分物体，在那一对内力作用下，动量都发生了变化。从这两部分组成的系统来看，由于内力远大于外力，忽略外力不计的话，系统的动量是守恒的。
师：很好！既然动量守恒，对应的表达式是什么呢？如果一开始物体相对地面静止，那么这个系统总动量就是0。后来分成两部分，这两部分动量分别是M1V1和M2V2。因此根据动量守恒，我们可以得到M1V1 + M2V2 = 0。这里要注意，这个表达式中所有速度都必须相对同一个参考系，这里我们选地面。此外，还要注意V1和V2必须是同一时刻的瞬时速度。由此可以得到V1 = - M2V2 / M1。这里的负号表示反冲的这两个物体此时相对地面的速度是相反的。那么，如果做反冲运动的物体一开始就具有初速度，这种情况下动量守恒定律的表达式又是什么呢？比如说a、b两物体本来是一个整体，它们一开始具有相对地面向右的初速度V0，由于反冲作用分成两部分，其中a由于受到与速度同向的力作用而加速，速度变成V1；b由于受到与初速度相反的作用力而减速，不过减速不意味着它的速度一定会反向，它有可能仍然相对地面向右，当然也有可能相对地面向左。
师：那么如果以地面为参考系，反冲前后这个系统各部分速度分别是V0、V1、V2，对应的动量守恒定律表达式应该是 (M1 + M2)V0 = M1V1 + M2V2。而如果以反冲前的物体为参考系，系统一开始动量就是0了。反冲后各部分速度就是V1 - V0，V2 - V0。在此基础上，如果以反冲前的物体为参考系，得到的动量守恒定律表达式应该是0 = M1(V1 - V0) + M2(V2 - V0)。如果从第一个式子移项后合并，会发现可以得到下面这个式子。因此动量守恒定律对不同的惯性参考系都是成立的，可能在表达式形式上不一样，但结果是等效的。所以，我们由刚才分析可知，反冲运动遵循的原理就是动量守恒定律。紧接着，我们看看在生活中有哪些运用反冲的地方。
师：首先来看反冲运动的利用。这是游乐园常见的水上超人表演，他们通过向后喷水获得向前的速度，从而实现自由地上天入水及其他各种动作。绚丽的礼花能一飞冲天，实际上是利用火药燃烧后向后喷气，获得向上的速度。海洋中的一些软体动物，比如章鱼、乌贼、水母等，它们先将水吸入自己体腔，然后通过身体前方小孔或漏斗将水喷出来，自身由于反冲获得向前的速度，从而向前游动。蝴蝶通过前翅形成的空气收集器吸入空气，再通过后翅形成的漏斗将空气排挤出去，从而获得向前动力，推动自己前行。
师：公园的喷灌装置可以边喷水边旋转，这是什么原理呢？其实喷嘴在喷出水的同时，自身由于反冲获得相反方向的速度，恰好使其绕轴转动起来。在大型水力发电站中，一般要用到反击式水轮机来发电，这是它的核心构造图。当水流过转轮叶片时，叶片由于反冲获得相反方向的速度，从而绕轴转动，进一步推动发电机主轴工作。我们通过一个视频来形象直观地了解一下它的工作原理。
（播放视频）
师：这是反击式水轮机转轮的原理模型，倒圆锥形容器通过中心轴固定在带水槽的架子上。容器底部对称焊有4个细水管，管口都弯向一边。向容器中注水，可以看到有水从细水管中流出，同时容器绕中心轴开始转动，方向与从细管中流出的水流方向相反。
师：在太空中，宇航员要通过身后所背的喷气装置喷气获得向前的速度，实现太空行走。这是2008年我国宇航员翟志刚走出神舟七号行走的画面，不过他当时利用的是安全缆绳。喷气式飞机可以通过持续向后喷气获得很高速度，这个速度可以达到1千米每秒以上。这是我国自主研发的C919客机，它的发动机就是喷气式发动机，大约在2021年前后实现量产。