2021年湖北高考选择性考试物理卷第3题分析枪支后坐力不能忽视火药气体的贡献

轻武器壁纸

1 引言

近日，微主研究2021年湖北省高中学业水平选择性考试物理卷，发现其中的第3题十分有火药味，是一道关于枪支后坐力的问题。该题以抗日战争为历史背景，以轻机枪连射为物理情景，意在考察学生对考察动量定理的掌握情况。

但是试题命制不严谨是高考命题的禁忌，看看微主对该题如何评析。

2 试题回放与参考解析

参考答案：C

3 质疑与分析

从试题配套的参考解析来看，是以弹头为研究对象，枪支所受子弹的平均反冲力与枪支对弹头的作用力等值反向，火药气体对弹头的冲量等于弹头动量的变化，即Ft=nmv，然后可解得n=Ft/(mv)。代入数据可得，每分钟射出的子弹数量为120发。

上述分析看似合理，但是微主不能苟同，因为该题忽略了火药燃气对枪支后坐力的贡献。

子弹标本盒

微主从网络上查到一个子弹标本盒，从从子弹标本盒的注释来看，五六式步枪弹的弹头质量7.9克，发射药量1.2克，发射初速720m/s。

实际上，从枪口射出的弹头和火药气体对枪支后坐力都有贡献。不要看发射药的质量小，但是火药气体喷射的速度比弹头速度快得多，从下图中可以明显地比较出火药气体和弹头运动的快慢。

子弹出膛瞬间

资料显示：枪击时，击针击发底火后点燃发射药，火药开始燃烧，弹壳内压增大，当压力上升到250～500kg/cm2时，弹头脱离弹壳，挤入线膛，开始起动。弹头在高温、高压气体作用下，迅速向前运动。弹头尾离开枪口瞬间的膛压约为400～600kg/cm2,即枪口压力。弹头离开枪口后，火药气体随之喷出，此时火药气流速度为1300米/秒左右，大于子弹初速，推动弹头速度继续增加。弹头底面离开枪口到弹头获得最大速度的这段时间称为后效作用阶段。在此期间，弹头飞行距离约为枪口外20～40倍口径的距离，称为中间弹道。

以五六式步枪弹为例，弹头质量7.9克，发射药量1.2克，发射初速720m/s，若设弹头射出后火药气体的喷射速度为1300m/s，通过简单计算可以发现，弹头的动量增加值为5.688kgm/s，火药气体的动量增加值为1.560kgm/s，弹头和火药气体对后坐力各自的贡献比例约为3.65:1。

显然，火药气体对后坐力的贡献并不是小到可以忽略的程度，火药气体对枪支后坐力贡献占比约为21.5%。

其实，在考虑枪口喷射火药气体的前提下，命制一道创新型试题并不困难，困难的是，命题人可能没有意识到火药气体喷射对枪支后坐力的占比竟然有这么大。