物理动画剧本-----火箭（兰州十九中牛成宗）

火箭火箭 注 物理的相关模型一定要符合物理实际 例如火箭做成 所以 物理物态模型应直 观反应物态的特征 引子 今天早晨十点 在小西湖公园 小敏观看了一场精彩的水上表演 但表演者是一名 俄罗斯中年人 他身穿特制的的服装 在空中时而悬停 时而向前或向后漂移 最奇特的是 特制的防水服装后与其固定在一起的是像书包的黑色箱体的底部两侧 有两个像火箭尾部的 喷口的装置 源源不断地向下喷出高速高压的水柱 这个黑色箱体的顶部却有一个比较粗的 长长的水管 其另一端却始终在水面一下 聪明的小敏自然明白 浸没在水面下的水管的一 端一定与一个正在抽水的抽水机相连 因此 才会有水源源不断地从黑色箱体的底部的喷口 喷出 学习了力学知识的小敏知道 表演者之所以不会掉下来 是因为穿有奇特服装的表 演者受到一个与重力至少相平衡的竖直向上的力的作用 但是 令小敏不解的是 这个 力是如何产生的 如果把这个装置改造成水火箭 能升空吗 能在浩淼无垠的太空中作为太 空旅行的工具吗 于是 小敏陷入了苦思冥想 突然 小敏的面前闪现出一个时光隧道 同时隧道内传来了极具魅力的磁性声音 我是智慧精灵 我们智慧王国的物理部落正在举行以火箭为主题的展览 我们特邀你作为 人类嘉宾的一员来参加 对火箭知识极大的好奇性 驱使小敏不自觉地走进了时光隧道 在时光隧道的另一端 时间显示是十九世纪末期 只见头顶闪烁七色光芒的一个精 灵 手持玲珑棒微笑者 智慧精灵 我是智慧王国的智慧精灵 欢迎来到我们物理部落的火箭展馆广场 很荣幸 为你服务 今天参观的向导 由最局权威的的大名鼎鼎的火箭精灵博士 也是这儿的馆长 为你专程解说 有什么需要 可以与她交流 小敏 小敏兴奋异常 太好了 谢谢你 只见在火箭展馆广场上 各种精灵 来来往往 络绎不绝 这而的精灵 与别处精 灵最大的区别是他们都是腾空的 身后也背一个像早晨公园中自己看过的黑色箱体 脚底下 有两个小小的喷口 不断喷出高温高压的气体 只见一个体态苗条 个头挺拔 长相甜美的 头顶镶有火箭模型的博士帽的美女精灵 闪现在小敏和智慧精灵的面前 小敏 小敏惊诧地注视眼前的美女精灵 迫切地问道 你是火箭精灵博士吗 是馆长 火箭精灵 我是火箭精灵博士 也是馆长 你觉的不像吗 小敏 你太漂亮了 也非常年轻 你与我们人类的馆长之间差异很大 所以 我有点惊 讶 不过还是万分的感谢你 亲自带我参观宏伟的火箭展馆 火箭精灵 请你穿上火箭服和火箭鞋 我们一起参观吧 只见小敏的身上已经有了与火箭精灵相同的火箭服 小敏也悬停在了近空 小敏感 觉自己像是变成了小那吒 别提多高兴了 小敏和智慧精灵紧随馆长进了建筑就像一个巨大 火箭的建筑物内 一个巨大的视频画面被投射在馆门内前方 100m 处 就像一个院落的照壁一样 不 过上面正在放映 火箭的原理 火箭精灵 我们先了解火箭的原理和发展史 作为今天的参观的开始 小敏 好的 小敏和火箭精灵馆长同时驻足观看交互式智能 4D 视频 并且这个视频可以与参观者 互动 视频上 只见小敏看到一个与早晨公园中表演 水上漂 长相相同的俄罗斯人 向 自己这边缓步走来 幕布演示幕布演示 1 1 火箭的原理火箭的原理 我叫康斯坦丁 齐奥尔科夫斯基 1857 1935 举世 闻名的科学家 科幻作家 被誉为 航天之父 我是第一个提出将液体推进剂用于火箭的 人 我来介绍火箭的原理 只见在小敏和航天之父之间出现了一个实验台 台上有了有一个形状像火箭的实验装置 装置的主要部分是一个透明的塑料罐体 内部装了一些水 并未装满 航天之父将这个装置 安装在一个简易的火箭发射架上 只见他用打气筒不断地向塑料罐体内打气 然后停止打气 拉下开关 发射 只听 嗖 的一声 一个尾部喷出高压水柱的箭体飞向高空 小敏 太精彩了 这个与火箭非常相似 就是水火箭吧 它的原理应该与火箭飞行的原 理相同吧 你能告诉我吗 幕布演示幕布演示 齐奥尔科夫斯基介绍火箭的原理 齐奥尔科夫斯基说 用橡皮塞紧的可乐瓶 形成一个密闭的空间 把气体打入密 闭的容器内 使得容器内空气的气压增大 当超过橡皮塞与瓶口接合的最大程度时 瓶口与 橡皮塞自由脱离 即喷口被打开 由于高压会自然向低压流去 故在喷嘴被打开时 空气自 然向喷嘴流去 但由于水挡在前方 故水会被空气推出火箭向后喷出 由于力的作用是相互 的 而火箭也藉此获得向前的反冲推力射出 火箭和水火箭最大的不同 在于其推进的媒介 由水变成高温空气而已 火箭的原理是利用火箭燃烧室内燃烧产生的燃气 由于在及其有 限空间的燃烧室急剧燃烧 所以会在短时间内在燃烧室内形成高温高压的燃气 而与燃烧室 紧密相连通的火箭的尾部喷口处和喷口外部空间气压相对极低 在太空中为零 由于高压 自然会向低压喷去 因此 高温高压的燃气从火箭尾部喷口处向外喷出 由于力的作用是相 互的 而火箭也藉此获得向前的反冲推力发射升空 火箭推力的获得 乃由高速喷出物反作 用而生成 其原理与花园中用橡皮管喷水时 橡皮管会向后退 以及枪向后座的原理一样 火箭的燃料经过燃烧室燃烧以后 会产生高温高压的气体 之后再经过一个喷嘴而加速 并 排气到外界 这些气体便是推动火箭的原动力 小敏 力的作用是相互的 但我不明白在火箭升空的过程中 作用力和反作用力的施力物 体和受力物体分别是谁 齐奥尔科夫斯基 小敏朋友 如果火箭在太空星际间飞行 相互作用的物体只能是箭体自 身和高温高压燃气 作用力是箭体对高温高压的燃气的力 使火箭发射升空的反作用力是高 温高压燃气对箭体的反冲推力 小敏 这下我完全明白了火箭的原理 让我再了解一些讲火箭的发展史吧 小敏和火箭之父道别后 和火箭精灵又来到了 火箭的发展史 展馆区 幕布演示 1 1 中国古代火箭中国古代火箭 火箭起源于中国 是中国古代重大发明之一 古代中国火药的发明与使用 给火箭的问 世创造了条件 北宋后期 民间流行的能升空的 流星 后称 起火 已利用了火 药燃气的反作用力 按其工作原理 起火 一类的烟火就是世界上最早的用于玩赏的火箭 南宋时期 出现了军用火箭 到明朝初年 军用火箭已相当完善并广泛用于战场 被称为 军中利器 明代初期兵书 火龙神器阵法 和明代晚期兵书 武备志 以及其他有关中 外文献 均详细记载了中国古代火箭的形制和使用情况 1949 年 中华人民共和国成立后 组建了研制现代火箭的专门机构 在 独立自主 自力更生 的方针指导下 卓有成效地研制出多种类型的火箭 并于 1970 年用 长征 1 号三级火箭成功地发射了第一颗人造地球卫星 1975 年 用更大推力的火箭 长征 2 号 发射了可回收的重型卫星 1980 年 向南太平洋海域成功地发射了新型运载火箭 1982 年 潜艇水下发射火箭又获成功 特别是 1984 年 4 月 8 日和 1986 年 2 月 1 日 用装 有液氢液氧发动机的 长征 3 号 火箭 先后发射地球同步试验通信卫星的成功表明 在现 代火箭技术方面中国已跨入世界先进行列 2 2 国际国际 中国火箭技术传到欧洲之后 曾被列为军队的装备 1926 年 美国火箭技术科学家 R H 戈 达德试射了第一枚无控液体火箭 1944 年 德国首次将有控弹道式液体火箭 V 2 现代火箭 的鼻祖 用于战争 第二次世界大战后 前苏联和美国等相继研制出包括洲际导弹在内的各 种火箭武器和运载火箭 在发展现代火箭技术方面 德国工程师 W von 布劳恩 苏联科学家 科罗廖夫 和中国科学家钱学森等都作出了杰出的贡献 另外一方面 苏联的火箭研究在科罗廖夫的领导下进行中 从来自德国技术人员的协助 V2 火箭被复制及改进成为 R 1 R 2 及 R 5 导弹 原德国的设计在 1940 晚期被放弃 而这 些德国工作人员被遣送回国 由 Glushko 建造的新系列引擎及基于 Aleksei Isaev 的发明形 成了最初的洲际导弹 R 7 R 7 发射了第一颗卫星 第一个太空人及第一个月球探测器及行 星际探测器 直到现在还在使用 到了 1960 年代形成了火箭科技极速发展的时代 包括苏 联 东方号 联合号 质子号 及美国 X 20 飞行器 双子星号 以及其他国家的研究 如英国 日本 澳大利亚等等 最终导致了 60 年代末期的土星 5 号载人登陆月球 使纽约 时报收回以前认为太空任务不可能成功的社论 小敏 原来火箭的出现和发展与我们中华民族的文明息息相关 特别是现在中国火箭技 术已经立于世界强国之林 我感到特别骄傲和自豪 火箭精灵 是的 人类已经利用火箭作为探索太空的运输工具 希望人类能够和平探索 和开发利用太空 小敏 人类虽然制定了联合国外太空公约 但是已经出现了有美国公民在兜售月球资源 的现象 因此公约还有不完善的地方 会进一步修订和强化管理的 火箭精灵 你说得很对 我相信人类的智慧和力量的 让我们继续了解火箭的主要构造 详细了解火箭的发动机 穿过了 火箭的发展史 展馆区 来到了火箭组装车间 火箭精灵 火箭是以热气流高速向后喷出 利用产生的反作用力向前运动的喷气推 进装置 它自身携带燃烧剂与氧化剂 不依赖空气中的氧助燃 既可在大气中 又可在 外层空间飞行 火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗 其质量不断减小 是变质量 飞行体 现代火箭可用作快速远距离运送工具 如作为探空 发射人造卫星 载人飞船 空间站 的运载工具 以及其他飞行器的助推器等 如用于投送作战用的战斗部 弹头 便构成 火箭武器 火箭是目前 截止 2009 年 唯一能使物体达到宇宙速度 克服或摆脱地球引 力 进入宇宙空间的运载工具 而火箭的速度是由火箭发动机工作获得的 下面我们重 点了解一下火箭的种类和组成 重点对火箭的动力装置做详细的认识 话音未落 只见高大的已经组装完成的火箭正与有效载荷卫星等组装 旁边还有其 他大的火箭重要组成元件 小敏 火箭通常可分为固体与液体火箭 有控与无控火箭 单级与多级火箭 近程 中程与远程火箭等 火箭的种类虽然很多 但其组成部分及工作原理是基本相同的 除 有效载荷外 有控火箭必不可少的组成部分有动力装置 制导系统和箭体 火箭精灵 你对火箭的种类和组成说的不错 我们首先重点了解火箭的动力装置 喷气式发动机 人类十九世纪中期 德国的汉斯 冯 奥安在德国进行着完全独立的 设计 起初奥安的发动机是用电力驱动的 他的目的只是为了演示这种发动机的可行性 奥 安后来加入了正在寻找喷气式发动机设计的亨克尔公司 并且试制了新的发动机 新的发动 机最初使用氢作为燃料 后来改用了普通的航空燃料 他可以提供 5kN 的推力 1939 年 8 月 27 日 飞行员 Erich Warsitz 驾驶着装着奥安喷气发动机的 He 178 从 Rostock Marienehe 机场起飞 这是人类历史上第一架喷气式飞机 但是 喷气式发动机可分为空气 喷气发动机和火箭喷气发动机 前者本身只携带燃料 它需要利用外界空气来助燃 因此 飞行高度受到一定的限制 不宜在空气稀薄的高空飞行 后者简称火箭 它本身携带有燃料 和氧化剂 不需要依靠外界空气来助燃 因此 飞行高度不受限制 小敏 我明白了 喷气式飞机 像 J 20 就是利用的空气喷气发动机 而发射运载嫦娥 三号的运载火箭是利用的火箭喷气发动机 据说使用火箭式喷气发动机的德国战斗机都参加 了第二次世界大战晚期的战斗 结果性能较为先进的德国火箭式喷气战斗机取得了优秀的战 果 促使航空器在后来的时代迅速转向喷气时代 那么 喷气式发动机和内燃式发动机有什 么主要差异 火箭精灵 首先 他们的工作原理完全不同 喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧后产 生高温高压的气体 这种气体从尾部以极高的速度喷出 同时产生了很大的反作用力推动机 身向前运动 由于它不需要像内燃机一样的活塞 曲轴那样的传动装置 从而减少了能量损 失 大大提高了机身的飞行速度 这时 火箭精灵馆长用玲珑棒向他们面前一指 眼前出现了 4D 视频画面上出现了 现代火箭的结构图 火箭精灵 现代火箭的火箭喷气发动机使用的燃料多为液体燃料 液体燃料火箭的火箭 喷气发动机主要由燃料箱 氧化剂箱 输送装置 燃烧室和尾部喷口组成 小敏 我知道 液体燃料火箭多以液氢做燃料 它的热值高 火箭精灵 其实火箭的动力装置是发动机及其推进剂供应系统的统称 是火箭赖以 高速飞行的动力源 现代火箭发动机按其工质 可分为化学火箭发动机 固态火箭发动机 液态火箭发动机 混合式火箭发动机 电气火箭发动机 离子发动机 当前广泛使用的是 化学火箭发动机 它是靠化学推进剂在燃烧室内进行化学反应释放出的能量转化为推力 的 在发动机效率相同的情况下 单位时间内燃烧与喷射的物质越多 喷射速度越大 发动机推力就越大 在推力相同的情况下 结构重量越轻 单位时间内消耗推进剂越少 发动机性能就越高 推力与推进剂每秒消耗量之比称为比推力 它是鉴定发动机性能的 主要指标 现在简单了解一下制导系统和箭体 现代火箭的特点是功率巨大 不仅可以在 高空飞行 而且可以飞出大气层 多级别火箭是星际旅行的运载工具 小敏 现在简单了解一下制导系统和箭体 火箭精灵 小伙子 乐意与你交流 探讨 让我们共同观看视频 制导系统和箭体 火箭精灵玲珑棒一指 面前出现了像液晶电视的幕布 火箭精灵一边解说 幕 布上同步展现以下的内容及相关图片或视频 幕布演示 2 2 制导系统制导系统 有了足够的推力 火箭便可克服地球引力而飞离地面 但对有控火箭而言 为保证在飞行过程中不致翻滚 而且准确地导向目标 还需有制导系统 该系统的功用是 实时地控制火箭的飞行方向 高度 距离 速度以及飞行姿态等 亦即控制火箭的质心 运动和绕质心的转动 俯仰 偏航与滚动 使火箭稳定而精确地飞抵目标 制导系统 地日臻完善和精度的迅速提高 是现代火箭技术的一大特点 3 3 箭箭 体体 是火箭另一个不可缺少的组成部分 火箭的各个系统都安装其上 并容纳大 量的推进剂 箭体结构除要求具有空气动力外形外 还要求在完成既定功能的前提下 重量越轻越好 体积越小越好 在起飞重量一定时 其结构重量轻 则可得到较大的飞 行速度或距离 4 4 其其 它它 除上述三大系统之外 还有电源系统 有时还根据需要在火箭上安装初始定 位定向 安全控制 无线电遥测以及外弹道测量等附加系统 接着 在实况区他们共同观看了人类发射火箭的实况录象 小敏 非常感谢你火箭精灵馆长姐姐和智慧精灵先生 谢谢智慧王国的款待 让我大 开眼界 我也要回去了 我要把智慧王国汲取的火箭知识营养与同学们交流和分享 火箭精灵 微微一笑 智慧精灵 你是一个聪明伶俐 思维敏捷而有勤奋好学的孩子 智慧王国物理部落的各 种博物馆时刻向你开放 欢迎你下次再来做客 再见 我们时刻欢迎你 这时 在小敏准备脱下火箭服 火箭精灵 感谢你能够光顾火箭展馆 这套火箭服作为礼物和纪念品就送给你 欢迎你 再次大家光临 小敏 我们人类一定会开发出更加先进的火箭 下次或许我会乘坐核火箭 激光脉冲火 箭 反物质火箭 星际 太空 气体冲压火箭光临贵国的 后悔有期 再次谢谢你们带我认识 的火箭世界的真谛 我会想你和你们的智慧王国的 智慧精灵 不客气 那么 让我送你回去吧 智慧精灵的玲珑棒一指 时光隧道 又出现在小敏的面前 时光隧道 的另 一端传来了小敏妈妈焦急的呼唤声 小敏妈妈 孩子 你怎么发呆好一会了 那位俄罗斯叔叔正叫你尝试一下 水上漂 呢 小敏 自言自语 智慧王国的火箭精灵馆长给我送的火箭服呢 火箭服呢 原来 刚才我走神了 好吧 我就过来玩一下 水上漂 今天 是小敏过的最快乐的一天 晚上 他梦见自己开了一家模型火箭公司 又 梦见自己和小伙伴们一起开发出可以垂直发射起降并可多次反复使用的火箭 又好象自己带 领自己最好的朋友小军搭乘激光脉冲火箭拜访了智慧王国的火箭精灵 我们一起来讨论吧我们一起来讨论吧 1 火箭是靠燃料在燃烧室内燃烧后产生 的气体 这种气体从尾部以极高 的速度喷出 同时产生很大的 推动机身向前运动的 答案 1 高温 高压 反冲推力 2 喷气式发动机分为 喷气发动机和 喷气发动机两类 前者本身只携带燃料 它需要利用外界的 来助燃 因此不宜在空气稀薄的高空飞行 而后者本身带有燃料 和氧化剂 不需要依靠外界的 来助燃 因此 飞行高度不受限制 答案 2 空气 火箭 空气 空气 3 嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器 包括着陆器和玉兔号月球 车 2013 年 12 月 2 日 1 时 30 分 嫦娥三号 探测器由长征三号乙运载火箭从西昌卫星 发射中心发射 首次实现月球软着陆和月面巡视勘