高中物理选修3-5 §16-5反冲运动 火箭课件LI

1、实实 验验 ： 把气球吹满气，猛一松手，会出现什把气球吹满气，猛一松手，会出现什么情形呢？么情形呢？ 5.6 反冲运动 火箭 一个物体在内力的作用下分裂为一个物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动两个部分，一部分向某一方向运动另一部分必然向相反的方向运动。另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲这个现象叫做反冲一一、反冲运动反冲运动1. 定义：定义：2. 要要 点：点：b. 一个物体分为两个部分一个物体分为两个部分3. 物理原物理原 理：理：作用前：作用前：p = 0作用后作用后: p = m v + m v则根据动量守恒定律有：则根据动量守恒定律有： p = p即即 m

2、 v + m v = 0 故有：故有：v = ( m / m ) v负号就表示作用后的两部分运动方向相反负号就表示作用后的两部分运动方向相反a. 内力作用下内力作用下遵循动量守恒定律遵循动量守恒定律c.两部分运动方向相反两部分运动方向相反反击式水轮机的模型反击式水轮机的模型反击式水轮机的转轮反击式水轮机的转轮反击式水轮机的蜗壳反击式水轮机的蜗壳反击式水轮机是反击式水轮机是大型水力发电站大型水力发电站应用最广泛的水应用最广泛的水轮机。它是靠水轮机。它是靠水流的反冲作用旋流的反冲作用旋转的。我国早在转的。我国早在70年代就能生产年代就能生产转轮直径转轮直径5.5米，米，质量质量110吨，最吨，最大

3、功率达大功率达30万千万千瓦的反击式水轮瓦的反击式水轮机。机。他是如何利用反冲运动发他是如何利用反冲运动发电的呢？电的呢？火箭模型火箭模型明（公元明（公元13681644年）。年）。 长长108厘米。在箭支前端缚火药厘米。在箭支前端缚火药筒，利用火药向后喷发产生的反筒，利用火药向后喷发产生的反作用力把箭发射出去。这是世界作用力把箭发射出去。这是世界上最早的喷射火器。上最早的喷射火器。 影响火箭飞行速度的主要因素是什么呢？影响火箭飞行速度的主要因素是什么呢？1。 燃气燃气喷射的速度喷射的速度 如何提高火箭燃气的喷射速度？如何提高火箭燃气的喷射速度？ 2。 火箭的质量比火箭的质量比（即火箭（即火箭

4、 开始飞行时的质量开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。与燃料燃尽时的质量之比）。答：要提高喷气速度，就要使用高答：要提高喷气速度，就要使用高质量的燃料，质量的燃料， 目前常用的液体燃料目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。是液氢，用液氧做氧化剂。 注：目前的技术条件下，火注：目前的技术条件下，火箭的质量比在箭的质量比在6-10 左右，左右，火箭结构火箭结构主要由壳体和燃料两大部主要由壳体和燃料两大部分组成分组成. .火箭燃料燃烧时，火箭燃料燃烧时，从尾部喷出的气体具有很从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得等大反向定律，火箭获得等大反向的动量

5、，因而发生连续的的动量，因而发生连续的反冲现象，随着推进剂的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大，当小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空获得的速度沿着预定的空间轨道飞行间轨道飞行运载火箭运载火箭一般采用液体推进剂一般采用液体推进剂，第一、二级多用，第一、二级多用液氧、煤油或四氧化二氮、偏二甲肼。液氧、煤油或四氧化二氮、偏二甲肼。末级用液末级用液氧氧、液氢高能推进，称为、液氢高能推进，称为低温液体火箭低温液体火箭，技术比，技术比较复杂，目前只有美国、俄斯、法国、中国和日较复杂，目前只有美国、俄斯、

6、法国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上英国、中国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄罗斯的最大的运载火箭是俄罗斯的“能源能源”号，它长号，它长60米，底部最大直径米，底部最大直径20米，重米，重3000多吨，能将多吨，能将120吨吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载火箭均为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万为一次使用的，成本高。一次发射，少的几千万美元，多

7、的上亿美元。不能重复使用，资源浪费美元，多的上亿美元。不能重复使用，资源浪费大。大。中国新型自行榴弹炮中国新型自行榴弹炮1 1，这门自行火炮的后面又增加了止退犁，看到了，这门自行火炮的后面又增加了止退犁，看到了吗？他是起什么作用的呢？吗？他是起什么作用的呢？2 2， 他是他是如何如何利用利用反冲反冲提高提高命中命中精度精度的呢的呢？ 1 1。同学们是不是在电影里看到，火炮在发射。同学们是不是在电影里看到，火炮在发射时炮管时炮管一缩一伸一缩一伸的运动？有的人称之为：缩头的运动？有的人称之为：缩头炮。为什么炮管要做这样的运动呢？炮。为什么炮管要做这样的运动呢？ 我们要设计一种装置，它可以先允许炮身

8、我们要设计一种装置，它可以先允许炮身做反冲运动，并把这种运动能量储存为弹性势能，做反冲运动，并把这种运动能量储存为弹性势能，等反冲运动结束时，再利用储存的那部分能量使等反冲运动结束时，再利用储存的那部分能量使炮身复位，这就是火炮缓冲器的作用。这样火炮炮身复位，这就是火炮缓冲器的作用。这样火炮既解决了寿命问题又兼顾了连发精度问题，做到既解决了寿命问题又兼顾了连发精度问题，做到了合理设计。了合理设计。2.我们如何既避免反冲危害又能保证我们如何既避免反冲危害又能保证命中精度呢？命中精度呢？结果：结果： 巨大的反冲作用就全靠炮身的材料硬巨大的反冲作用就全靠炮身的材料硬度抵消了，这样的结果是火炮的寿命大

9、大减少，度抵消了，这样的结果是火炮的寿命大大减少，这显然是不合理的设计。这显然是不合理的设计。喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速燃气，喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速燃气，可以得到超过音速的飞行速度。可以得到超过音速的飞行速度。法国幻影法国幻影”2000美国：f16美国：隐形“117”例例1： 在沙堆上有一木块，在沙堆上有一木块，m=5k g,木块木块上放一爆竹，质量为上放一爆竹，质量为m=0.10kg,点燃后木块陷点燃后木块陷入沙中入沙中5 cm,若沙对木块运动的阻力恒为若沙对木块运动的阻力恒为58n，不计火药质量和空气阻力，求爆竹上升的最大不计火药质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度

10、？高度？gvhmvmvmvfsmgs2021022h=1.7m 例例2. 下图为一空间探测器示意图，下图为一空间探测器示意图，1，2，3，4，是四个喷气，是四个喷气发动机，发动机，1，3，的连线与空间空间固定坐标系的轴平行，的连线与空间空间固定坐标系的轴平行，2，4，的，的连线与轴平行，每台发动机开动时，都能向探测器提供推力，但不连线与轴平行，每台发动机开动时，都能向探测器提供推力，但不会使探测器转动，开始时，探测器以恒定的速率会使探测器转动，开始时，探测器以恒定的速率v向正向正x方向飞行，方向飞行，要使探测器该为向正要使探测器该为向正x偏负偏负y60的方向以原来的速率的方向以原来的速率v平动

11、，则可平动，则可（ ）a. 先开动先开动1,适当时间，再开动适当时间，再开动4,适当时间适当时间b. 先开动先开动3,适当时间，再开动适当时间，再开动2,适当时间适当时间c. 开动开动4,适当时间适当时间d. 先开动先开动3,适当时间，再开动适当时间，再开动4,适当时间适当时间11234xya例例3： 某人在一只静止于水面的小船某人在一只静止于水面的小船上练习射击，船、人、枪、靶、子弹上练习射击，船、人、枪、靶、子弹的总质量为的总质量为m，枪内有，枪内有n颗子弹，每颗子弹，每颗子弹质量为颗子弹质量为m，枪口到靶的距离为，枪口到靶的距离为l,子弹射出时相对于地速度为子弹射出时相对于地速度为 v,

12、 在发在发射后一颗子弹时，前一颗已陷入靶中，射后一颗子弹时，前一颗已陷入靶中，则在发射完则在发射完 n颗子弹后小船后退的距颗子弹后小船后退的距离为多少？离为多少？mnml例3：传送带以传送带以v0=2m/s 的速度把质量的速度把质量m=20kg的行李包送到原来静止的光滑轨道的小车的行李包送到原来静止的光滑轨道的小车上，其质量为上，其质量为m=30kg，包与车间的动摩，包与车间的动摩擦因数为擦因数为 =0.4 ，则包从滑上车到最远，则包从滑上车到最远处所经历处所经历 的时间为多少？的时间为多少？0.3 如图所示，质量为如图所示，质量为m的光滑滑块放置在的光滑滑块放置在光滑的水平面上，另一质量光滑

13、的水平面上，另一质量m的物体以的物体以速度速度v向上滑去，物体向上滑去，物体刚好能到达最高点刚好能到达最高点，求物体到求物体到m达最高点的速度达最高点的速度?v例4：vmmm解：解：(1)(1)设空车出发后，车上堆积了设空车出发后，车上堆积了n n个沙袋个沙袋反向，则第反向，则第n n个沙袋未扔前动量为：个沙袋未扔前动量为：m m(n(n1)m1)mvnvn其中其中vnvn为车过第为车过第n n个人身边时的车个人身边时的车速，依题意有速，依题意有 m2nvnm2nvnm m(n(n1)m1)mvnvn 解得解得n n34/1434/142.42.4因为因为n n为整数，故取为整数，故取n n3 3(2)(2)同理有：同理有：m m3m3m(n(n1)m1)mvnvnm m .2nvn .2nvn 解得解得nn8 8最后结果是车上有沙袋总数最后结果是车上有沙袋总数n n3 38 81111个。个。反冲运动反冲运动 火箭火箭反冲运动反冲运动1 1定义：静止或运动的物体分离出一部定义：静止或运动的物体分离出一部分物体