《反沖現(xiàn)象 火箭》參考課件 01

第一章動量守恒定律1.5

反沖現(xiàn)象火箭三、小結(jié)四、練習二、知識講解目錄一、上節(jié)回溯1．彈性碰撞；2．非彈性碰撞；3．完全非彈性碰撞。一、上節(jié)回溯近幾年來我國的航天事業(yè)發(fā)展迅速，火箭升空時會噴射大量的氣體，借此獲得巨大的速度，這其中體現(xiàn)了什么物理原理？二、知識講解——反沖現(xiàn)象問題引入章魚、烏賊游動時會把水吸入體腔，然后用力壓水，通過身體前面的孔將水噴出，使身體很快的移動。章魚能夠調(diào)整噴水的方向，這樣可以使得身體向任意方向前進，章魚的游動體現(xiàn)了什么物理原理？二、知識講解——反沖現(xiàn)象問題引入1．定義：一個物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動，這個現(xiàn)象稱為反沖；2．特點：（1）物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反的方向運動；（2）反沖現(xiàn)象中，內(nèi)力一般遠大于外力，可以利用動量守恒定律來處理；（3）其他形式的能轉(zhuǎn)化成動能，系統(tǒng)的總動能增加。二、知識講解——反沖現(xiàn)象反沖

農(nóng)田、園林的噴灌裝置，噴氣式飛機，火箭等等。二、知識講解——反沖現(xiàn)象反沖現(xiàn)象的應(yīng)用

射擊時把槍身抵在肩部，減小反沖現(xiàn)象的影響，自行火炮的止退犁和緩沖裝置，減小因為反沖現(xiàn)象炮身的后退，提高連射精度。二、知識講解——反沖現(xiàn)象減小反沖現(xiàn)象的影響1．把一個氣球吹起來，用手捏住氣球的通氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，觀察氣球的運動。2．把彎管裝在可旋轉(zhuǎn)的盛水容器中。當水從彎管流出時，容器就旋轉(zhuǎn)起來。二、知識講解——反沖現(xiàn)象做一做我國早在宋代就發(fā)明了火箭，在箭桿上捆一個前端封閉的火藥桶，點燃后生成的燃氣以很大的速度向后噴出，箭桿由于反沖而向前運動。二、知識講解——火箭古代火箭火箭和噴氣式飛機的飛行應(yīng)用了反沖的原理，它們都靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度?，F(xiàn)代的噴氣式飛機，靠連續(xù)不斷地向后噴出氣體，飛行速度能夠超過1000m/s?，F(xiàn)代火箭的主要用途是，利用火箭作為運載工具，如發(fā)射探測儀、常規(guī)彈頭和核彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等。二、知識講解——火箭現(xiàn)代火箭質(zhì)量為m

的人在遠離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對靜止。由于沒有力的作用，他與飛船總保持相對靜止的狀態(tài)。

這個人手中拿著一個質(zhì)量為Δm

的小物體。現(xiàn)在他以相對于飛船為μ

的速度把小物體拋出。1．小物體的動量改變量是多少？2．人的動量改變量是多少？3．人的速度改變量是多少？二、知識講解——火箭思考與討論主要由殼體和燃料兩大部分組成?；鸺剂先紵龝r，從尾部噴出的氣體具有很大的動量，根據(jù)動量守恒定律，火箭獲得等大反向的動量。當推進劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定的空間軌道飛行。二、知識講解——火箭火箭的結(jié)構(gòu)設(shè)火箭飛行時，在極短的時間Δt

內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量為Δm

，噴出的燃氣相對噴氣前火箭的速度是μ

，噴出燃氣后火箭的質(zhì)量是m

，噴氣后火箭增加的速度是Δv

。二、知識講解——火箭影響火箭速度的因素

上式表明，火箭噴出的燃氣速度μ越大、火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比越大，火箭獲得的速度就越大。二、知識講解——火箭影響火箭速度的因素三級火箭二、知識講解——火箭科學漫步現(xiàn)代火箭發(fā)動機的噴氣速度通常在2000m/s～5000m/s，這樣的火箭還是達不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星的7.9km/s的速度。

為解決這個問題，科學家提出了多級火箭的概念。多級火箭在實際應(yīng)用中一般不會超過四級。二、知識講解——人船模型例題：

如圖，長為l

，質(zhì)量為M

的船停在靜水中，一個質(zhì)量為m

的人（可視為質(zhì)點）從靜止開始從船頭走向船尾，不計水的阻力，求船和人相對地面的位移各是多少？

首先利用動量守恒確定兩物體的速度關(guān)系，再確定位移關(guān)系。由于動量守恒，所以任一時刻系統(tǒng)總動量為零，動量守恒式可以寫成m1v1＝m2v2

。因此可知：（1）兩物體的速度與質(zhì)量成反比；（2）兩物體的位移與質(zhì)量成反比。二、知識講解——人船模型處理“人船問題”的思路對于人船模型還要注意，人走船走，人停船停，人快船快，人慢船慢，人船方向相反。1．反沖現(xiàn)象；2．反沖現(xiàn)象的原理；3．反沖現(xiàn)象的應(yīng)用；三、小結(jié)1．一架噴氣式飛機飛行的速度是800m/s，如果它噴出的氣體相對飛機的速度小于800m/s，那么以地面為參考系，氣體的速度方向?qū)嶋H上是與飛機飛行的方向相同的。如果這種情況下繼續(xù)噴出氣體，飛機的速度還會增加嗎？為什么？

四、練習2．一個連同裝備共有100kg的航天員，脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對靜止的狀態(tài)。裝備中有一個高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10min內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出多少氣體？

四、練習3．用火箭發(fā)射人造地球衛(wèi)星，假設(shè)最后一節(jié)火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以7.0×103m/s的速度繞地球做勻速圓周運動。已知衛(wèi)星的質(zhì)量為500kg，最后一節(jié)火箭殼體的質(zhì)量為100kg。某時刻火箭殼體與衛(wèi)星分離，分離時衛(wèi)星與火箭殼體沿軌道切線方向的相對速度為1.8×103m/s。試分析計算：分離后衛(wèi)星的速度增加到多大？火箭殼體的速度多大？分離后它們將如何運動？四、練習答：設(shè)分離后火箭殼體的速度為v′，根據(jù)動量守恒定律有：(M＋m)v＝M(v′＋μ)＋mv′代入數(shù)據(jù)解得：v′＝5.5×103m/s分離后衛(wèi)星的速度：v′′＝v′＋μ＝7.3×103m/s

。衛(wèi)星分離后的速度v′′>v

，因此衛(wèi)星將做離心運動，衛(wèi)星對地面的高度不斷升高，最終在某一高度穩(wěn)定下來?；鸺龤んw的速度v′<v，它的軌道高度會不斷降低，受萬有引力的影響進入大氣層，最終在大氣層中燒毀。四、練習4．一個士兵坐在皮劃艇上，他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量是120kg。這個士兵用自動步槍在2s內(nèi)沿水平方向連續(xù)射出10發(fā)子彈，每發(fā)子彈的質(zhì)量是10g，子