师：同学们，今天我们一起来学习高中物理粤教版选择性必修一第一章第四节动量守恒定律的应用第二课时。首先回顾上节课内容，我们学习了动量守恒定律的条件判断、对象选取、过程选择以及在生活中的一些简单应用，比如冰壶、子弹打木块、碰撞等。这节课，我们将更深入了解动量守恒定律在生活中的应用。请大家观看视频。
（播放 2022 年 1 月 26 日我国酒泉卫星发射中心发射火箭的视频）
师：发射时，火箭向后喷射高速热气流，利用产生的反作用力推动火箭向前运动。在物理学上，如果一个静止物体在内力作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反方向运动，这种现象叫反冲。从定义看，反冲现象有哪些典型特点呢？第一，物体原本静止；第二，物体不同部分在内力作用下朝相反方向运动；第三，发生反冲时，物体不同部分间相互作用力一般很大，作用时间很短，满足内力远大于外力，近似动量守恒，所以能用动量守恒定律解决反冲问题。
反冲现象在日常生活中很常见，比如乌贼运动，乌贼把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水排出，从而使身体快速运动，通过调整喷水方向，还能实现向任意方向前进。又如玩具反冲小车，气球内气体向后喷出，推动小车向前运动，调整气球出气口，可实现小车朝不同方向运动。
刚刚观看的火箭发射视频常被简化为反冲小车模型，课本上的反冲小车模型更能形象模拟火箭发射过程。下面来看这样一个物理情景：反冲小车停在光滑桌面上，试管口用胶塞塞住，酒精灯加热试管尾部，当试管内空气达到一定温度时，胶塞从试管口喷出。在这个过程中，请大家思考几个问题。
问题一，整个反冲小车遵循动量守恒吗？你如何判断？从题目可知，光滑桌面系统所受合外力为 0，因此满足动量守恒。
问题二，胶塞从试管口喷出的同时，小车是否会发生运动？答案是肯定的，由于整个系统动量守恒，初动量为零，胶塞向右喷出时，小车肯定向左运动。
问题三，给大家下列这些物理量，能否求出小车相对地面的运动速度？由动量守恒定律可得，胶塞喷出时，胶塞的动量加上小车的动量等于系统的初动量，也就是 0。由此可得到小车的运动速度，其中负号表示小车运动方向与胶塞运动方向相反。回归火箭发射原理，这个速度就是反冲过程中火箭获得的速度。从表达式可知，火箭获得的速度与两个因素有关，一是火箭喷射燃气的质量与喷射燃气后火箭的质量之比；二是喷气的速度。火箭发射时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比，我们称之为火箭的质量比。因此将火箭速度表达式变形，框内部分即为火箭的质量比。
为顺利发射人造地球卫星，火箭发射速度必须达到一定要求。如何提高火箭发射速度呢？可以从两个方面着手，一是提高火箭的质量比，但这个参数一般小于 10，否则火箭结构的强度会成问题；二是提高喷气速度，现代火箭的喷气速度一般在 2000 - 4000 米每秒之间。然而，即便如此，火箭仍无法达到发射人造卫星的速度要求。为解决这个问题，苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了多级火箭的概念。
（展示多级火箭示意图）
多级火箭由数级火箭组合而成，每级都装有发动机和燃料。从尾部最初一级开始，每级火箭燃料用完后自动脱落，同时下一级火箭发动机开始工作，使火箭继续加速前进。理论上火箭速度可提升至很高，但实际应用中一般不会超过 4G，因为级数太多，连接机构和控制机构的质量会增加很多，火箭工作的可靠性也会降低。
我国现有酒泉、西昌、太原、文昌四大火箭发射场。酒泉卫星发射中心是我国建设最早、规模最大的卫星发射中心；西昌对外开放规模最大、设备技术最先进，承揽卫星发射任务最多；太原发射中心发射了我国第一颗太阳同步轨道气象卫星风云一号；文昌发射中心是中国首个滨海发射基地，也是世界上为数不多的低纬度发射场之一。这四个火箭发射场在我国探索宇宙过程中发挥了巨大作用。
接下来通过一道例题定量分析火箭发射过程的相关物理量，请同学们阅读题目。
（展示题目：如图所示，用火箭发射人造卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以速度 v = 7×103 米每秒绕地球做匀速圆周运动，已知卫星质量 M = 500 千克，最后一节火箭壳体的质量 m = 100 千克。某时刻火箭壳体与卫星分离时，卫星与火箭壳体沿轨道切线方向相对速度 u = 1.8×103 米每秒。试分析计算：第一问，分离后卫星的速度是多大？第二问，火箭壳体的速度是多大？（以地面为参考系））