反冲运动火箭及习题课

1、第五节第五节 反冲运动反冲运动 火箭火箭燃放的礼花火箭喷气式飞机射击 以上几种不同的物体，它们的运动以上几种不同的物体，它们的运动有什么特点？有什么特点？1.一个物体分成两个部分2.两个部分向相反方向运动3.分裂过程的时间极短，作用力非常大一、反冲运动一、反冲运动 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某一方向运功，另一部分必然向相反方向运动。分析：发生反冲运动时间极短，作用力非常大， 两部分相互作用的内力会远远大于外力， 可以认为动量守恒 因此，反冲运动可用动量守恒处理 反冲是生活和生产实践中常见的一种现象，如何处理反冲运动的问题？例例1机关枪重机关枪重M=8kg，射出的子弹质量

2、，射出的子弹质量m=20克克，若子弹的出口速度若子弹的出口速度是是V0=1000m/s，则机枪的，则机枪的后退速后退速度度V是多少？是多少？smsmMmVv/5 . 2/8100002. 00解：在发射子弹过程中，内力远大于外力， 所以水平方向动量守恒; 选子弹的速度方向为正方向 发射前的总动量为0 发射后的总动量为MV+mVMV+mV0 0 由动量守恒得：由动量守恒得：0=-MV0=-MV+mVmV0 0反冲在许多场合是不利的，反冲在许多场合是不利的，如子弹的射击如子弹的射击, ,大炮的发射，需要减少或大炮的发射，需要减少或防止反防止反冲的影响冲的影响；但还有许多场合是有利的，恰好是但还有许

3、多场合是有利的，恰好是利用反冲利用反冲，如火箭，礼花，喷气式飞机。如火箭，礼花，喷气式飞机。下面我们就来认识一下下面我们就来认识一下反冲的一个重要应用反冲的一个重要应用火箭火箭二、火箭二、火箭现代火箭是指一种靠现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进得反作用力向前推进的飞行器其主要用的飞行器其主要用途是途是：利用火箭作为运载工具，例如发射探测器、常规弹头、人造卫星和宇宙飞船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

4、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，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例：例：火箭发射前的总质量为火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后，燃料全部燃烧完后的质量为的质量为m，火箭燃气的喷射速度为，火箭燃气的喷射速度为V0，燃料燃，燃料燃尽后火箭的速度尽后火箭的速度V为多少？为多少？解：在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒

5、设火箭的速度方向为正方向 发射前的总动量为0 发射后的总动量为（M-m)V0mV 由动量守恒得：0= （M-m)V0mV00) 1(VmMVmmMV问题：影响火箭飞行速度的因素是什么？影响火箭飞行速度的因素是什么？ 影响火箭飞行速度的因素主要有两个影响火箭飞行速度的因素主要有两个: 一是燃气喷射的速度一是燃气喷射的速度 二是火箭的质量比，即：火箭开始飞行时的二是火箭的质量比，即：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比质量与燃料燃尽时的质量之比提示：发射人造卫星的最小速度是提示：发射人造卫星的最小速度是7.9Km/s一火箭总质量为一火箭总质量为9t,内有燃料内有燃料8t，发射，发射时喷出的气

6、体对地速度恒为时喷出的气体对地速度恒为900m/s，此火箭能达到的最大速度此火箭能达到的最大速度?能否用此能否用此火箭来发射人造卫星火箭来发射人造卫星?(不考虑地球不考虑地球引力和空气阻力引力和空气阻力)问题：如何解决卫星发射问题？喷气的速度 目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在氧化剂，喷气速度在2000m/s2000m/s到到4000m/s4000m/s 质量比 火箭的质量比在火箭的质量比在6-10 6-10 左右，左右，要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度为了解决这个问题，人们想到了利

7、用多为了解决这个问题，人们想到了利用多级火箭，结构如下页图所示级火箭，结构如下页图所示演示：神舟演示：神舟7号发射全程号发射全程助推器助推器一级火箭一级火箭二级火箭二级火箭整流罩整流罩逃逸塔逃逸塔长征二号长征二号 型运载火箭型运载火箭F有一只长为有一只长为L=3m，质量为，质量为M=120kg的小船停在静水的小船停在静水中，一个质量为中，一个质量为m=60kg的人立在船头，若不计水的的人立在船头，若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？的位移各是多少？船1米人2米总结一、反冲运动1、定义：一个静止的物体在内力的作用下

8、分裂为两部分，一部分向某一方向运功，另一部分必然向相反方向运动2、反冲的应用与防止二、火箭1、工作原理：反冲运动2、影响火箭飞行速度的因素：喷气速度和质量比反冲变式：人船模型及其应用反冲变式：人船模型及其应用【例例1】如图所示，长为如图所示，长为l、质量为、质量为M的小船停的小船停在静水中，一个质量为在静水中，一个质量为m的人站在船头，的人站在船头，若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？过程中，船和人对地面的位移各是多少？1,msLMm2MsLMm【例例2】载人气球原静止于高载人气球原静止于高h的高空，气球的高空，气球质量为

9、质量为M，人的质量为，人的质量为m若人沿绳梯滑至若人沿绳梯滑至地面，则绳梯至少为多长？地面，则绳梯至少为多长？由图由图415可看出，气球对地可看出，气球对地移动的平均速度为（移动的平均速度为（lh）/t，人对地移动的平均速度为人对地移动的平均速度为h/t（以向上为正方向）由动量（以向上为正方向）由动量守恒定律，有守恒定律，有 M（lh）/tm h/t=0【例例3】如图所示，一质量为如图所示，一质量为ml的半圆槽体的半圆槽体A，A槽内外皆光滑，将槽内外皆光滑，将A置于光滑水平面上，置于光滑水平面上，槽半径为槽半径为R.现有一质量为现有一质量为m2的光滑小球的光滑小球B由静止沿槽顶滑下，设由静止沿

10、槽顶滑下，设A和和B均为弹性体，均为弹性体，且不计空气阻力，求槽体且不计空气阻力，求槽体A向一侧滑动的最向一侧滑动的最大距离大距离 解析解析:系统在水平方向上动量守恒系统在水平方向上动量守恒,当小球运当小球运动到糟的最右端时动到糟的最右端时,糟向左运动的最大距离糟向左运动的最大距离设为设为s1,则则m1s1=m2s2,又因为又因为s1s2=2R,所所以以21122msRmm例例4： 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

11、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, 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例例5 5：在沙堆上有一木块，：在沙堆上有一木块，M=5K g,M=5K g,木块上放一木块上放一爆竹，质量为爆竹，质量为m=0.10Kg,m=0.10Kg,点燃后木块陷入沙中点燃后木块陷入沙中5 5 cm,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58N58N，不计火药，不计火药质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度？质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度？gvhmvMvMvfsMgs