高中物理新课标选修3-1精品课件:16.5 反冲运动 火箭


实 验:
把气球吹满气,猛一松手,会出现什么 情形呢?

§5.6 反冲运动

火箭

生活中的反冲现象

燃放的礼花

火箭

生活中的反冲现象

喷气式飞机

射击

一、反冲运动
1、什么是反冲运动;
一个物体在内力的作用下分离成两个部分,一 部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方 向运动,这种运动叫做反冲运动。

2、说明反冲运动的运动特点;
a. 内力作用(内里远大于外力) b. 一个物体分离成两个部分 c. 两部分运动方向相反

3. 物理原 理:

遵循动量守恒定律
气球 喷出的气体

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

作用前:P = 0 作用后: P' = m v + M V 则根据动量守恒定律有: P' = P 即 m v + M V = 0 故有:V = ? ( m / M ) v 负号就表示作用后的两部分运动方向相反

例题1:水平方向射击的大炮,炮身重450kg,炮弹重 5kg,炮弹射击的速度为450m/s,射击后炮身后退的速 度为多大?
解:在发射过程中,内力远大于外力,系统动量守恒。设炮弹 速度方向为正方向

发射前总动量为0; 发射后的总动量为:mV0-MV
由动量守恒得:0= mV0-MV

mV0 5 ? 450 V? ? ? 5m / s M 450

练习
步枪的质量为4kg,子弹的质量为0.008kg, 子弹从枪口飞出时的速度为700m/s,求步 枪的速度是多大?

反冲在许多场合是不利的,如大炮和子弹 的射击,需要减少或防止反冲的影响; 但还有许多场合,恰好是利用了反冲,如 火箭,礼花,喷气式飞机。 现在我们就来认识一下反冲的一个重要 应用——火箭

二、反冲应用——火箭

古代的火箭

现代的火箭

二、反冲应用——火箭
现代火箭是指一种靠喷射高温 高压燃气获得反作用力向前推 进的飞行器. 其主要用途是: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

思考与讨论
质量为m的人在远离任何星体的太 空中,与他旁边的飞船相对静止,由 于没有力的作用,他与飞船总保持相 对静止状态。这个人手中拿着一个质 量为△m的小物体。现在他以相对于 飞船为u的速度把小物体抛出 (1)小物体的动量改变量是多少? ? m ? u (2)人的动量改变量是多少? ? ?m ? u (3)人的速度改变量是多少? ?m
? m ?u

二、反冲应用——火箭
例2、设火箭发射前的总质量为M,燃料燃尽后的 质量为m,火箭燃气的喷射速度为v,燃料燃尽后 火箭的飞行速度为v’. 试求火箭飞行的速度v’? 思考火箭飞行的最大速度是由什么因素决定的?
解:在火箭发射过程中,内力远大于外力, 所以动量守恒。 设火箭的速度方向为正方向, 发射前的总动量为0; 由动量守恒得:0= mV -(M-m)V0 发射后的总动量为 mV -(M-m)V0
M ?m M V? V0 ? ( ? 1 )V0 m m

m
正 方 M-m 向

质量比

V0

M 通过式子:v ' ? ?( m ? 1)v 可以看出,火箭所获 得的速度与哪些因素有关呢? (1)喷气速度v:v越大,火箭获得的速度越大。 现代火箭的喷气速度在000~4000m/s之间. (2) M/m:比值越大,火箭获得的速度越大。M/m 指的是火箭起飞时的质量与火箭除去燃料外的壳体 质量之比,叫做火箭的质量比,这个参数一般在 6~10. 要发射人造卫星,这样的火箭还不能达到所需的速度

二、反冲应用——火箭

问题:如何解决卫星发射问题?
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

长 征 二 号 F 型 运 载 火 箭

逃逸塔 整流罩
二级火箭 一级火箭

助推器
演示:神舟7号发射全程

拓展应用 1.总质量为M的火箭竖直向上发射,每次喷出气体 的质量为m,速度均为v ①喷出1次气体后,火箭获得速度的大小是多大? ②喷出2次气体后,火箭获得多大的速度? ③若1秒内火箭喷出n次气体,那么1秒末火箭的速 度是多大?

思与辩
1、有人认为火箭前进的动力来自 空气对火箭的反作用力。你怎么认为? 2、直升飞机上升是反冲运动么?

四、中国航天技术的发展历程

反 冲 运 动 火 箭

反 冲 运 动

1.定义:静止或运动的物体分离出一部分 物体 ,使另一部分向相反方向运动的现象 叫反冲运动。 2.反冲运动中一般遵循动量守恒定律 3 . 防止:射击时,用肩顶住枪身 1.飞行的原理---利用反冲运动 应用:反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等

火 箭 2.决定火箭最终飞行速度的因素

喷气速度
质量比


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