1.6 反冲现象 火箭 (共26张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共26张PPT)
第一章 动量守恒定律
第6节 反冲现象 火箭
火箭的发射
章鱼的运动
火箭为什么能离开地球，升入太空，实现飞天梦？章鱼、乌贼是怎样在大海中穿梭自如？
1.认识反冲现象，并能举出几个反冲运动的实例；
2.能结合动量守恒定律对反冲运动做出解释；
3.了解火箭的飞行原理。
把气球吹满气，然后松手，气球会怎样？
v’
v
M-m
m
F
F’
01 反冲现象
发射炮弹时，炮弹从炮筒中飞出，炮身向后运动。
用枪射击时， 子弹向前飞去，枪身向后运动。
你还能举出哪些类似的例子？
1.定义
一个静止的物体，在内力的作用下，分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫反冲。
2.特点
①物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。
②系统所受外力一 般不为零，但远远小于内力。
气球是如何实现反冲的，在反冲运动中，能量如何转化
v’
v
M-m
m
F
F’
弹性势能转化为动能
化学能转化为动能
由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加。
由于有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加。
3.规律
（2）动量角度:
相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理。
（3）能量角度:
（1）动力学角度:
相互作用的两部分物体内力远大于作用在任意一部分其上他外力，可近似认为任一一部分物体合外力近似等于内力，由于内力很大，任意部分加速很快。
4.反冲的应用与防止
（1）灌溉喷水
（2）喷气飞机
你知道在生产生活中和科学技术中有哪些地方需要防止反冲带来的危害吗？
中国新型履带式自行榴弹炮炮车的履带表面有较深的突起抓地钩型设计是为了增大摩擦力，止退犁和两个液压缓冲器，都是为了在火炮连射时起到“止退”的作用，提高命中精度而精心设计的。
用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响
老旧式的炮车发射炮弹前需要先固定
古代的火箭（模型）
思考：火箭的飞行应用了什么原理，它是靠什么作用来获得巨大速度的？
箭杆上捆了一个前端封闭的火药筒，点燃后生成的燃气以很大速度向后喷出，箭杆由于反冲而向前运动。
02 火箭
现代火箭较古代火箭结构复杂得多，现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。
1.原理：火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用来获得巨大速度。
当火箭推进剂燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，火箭获得大小相等、方向相反的动量，因而发生连续的反冲现象，随着燃料的消耗，火箭质量减小，加速度增大，当燃料完全消耗后，火箭即以获得的速度沿着预定轨道飞行。
2.结构：为了提高速度，实行多级（不超过四级）火箭发射。
3.作用：发射洲际导弹、人造卫星、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的状态。
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？
2. 人的动量改变量是多少？
3. 人的速度改变量是多少？
解：
（1）小物体的动量改变量: mu-0= mu
（2）根据动量守恒， mv′= mu
即：人的动量改变量等于小物体的动量改变量
（3）对物体和人而言，动量守恒，mv′= mu 得： v′=
u
Δm
v
m
思考：假设火箭在地球表面由静止起飞时，在极短的时间△t内喷出燃气的质量为△m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度大小为u，喷出燃气后火箭的质量为m,我们设法计算火箭在这样一次喷气后增加的速度 △v。
发射前的总动量为：
发射后的总动量为：
系统由动量守恒得：
0
mΔv -Δmu
0= mΔv -Δmu
认为动量守恒，设喷出燃气后火箭增加的速度为Δv，火箭的速度方向为正方向：
分析：
Δm
m
正方向
燃气速度u
影响火箭飞行速度的主要因素是什么呢？
① 燃气喷射的速度
② 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）
现代的火箭喷气速度通常在2000-5000m/s
质量比：
Δm/m一般小于10，火箭强度有限
要提高喷气速度，就要使用高质量的燃料， 目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。
多级火箭发射时，较大的第一级火箭燃烧结束后，便自动脱落，接着第二级、第三级依次工作，燃烧结束后自动脱落，这样可以不断地减小火箭壳体的质量，减轻负担。
【问题】卫星发射最小速度为7.9km/s，为如何能提升火箭的发射速度，解决卫星发射问题？
目前多级火箭一般不超过四级，因为级数太多，结构复杂，连接机构和控制机构质量会增加很多，工作可靠性会降低。
拓展：人船模型
例：静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？
S2
S1
条件:系统动量守衡且系统初动量为零.
结论:人船对地位移为将二者相对位移按质量反比分配关系
处理方法:利用系统动量守衡的瞬时性和物体间作用的等时性,求解每个物体的对地位移.
-----------①
s1 + s2 = L -----------②
解决“人船模型”问题
1.解前画出人、船位移草图
2.运动情况：人走、船行；人停船停；人加速船加速；人减速船减速。
3.原理：动量守恒定律
4.人船速度关系：0=mv1-Mv2.
则v1/v2=M/m,任意时刻速度与质量成反比。
5.人船位移关系：
mx1-Mx2=0, 则x1/x2=M/m。
x1+x2=L L----船的长度
则：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
v1
v2
x1
x2
L
M
m
1.(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度(　　)
A．使喷出的气体速度更大
B．使喷出的气体温度更高
C．使喷出的气体质量更大
D．使喷出的气体密度更小
AC
2.光滑水平面上停有一质量为M的平板小车,小车上站有质量均为m的两个人,两人朝同一水平方向跳离小车,从而使小车获得一定的速度,则下列说法正确的是( )
A.两人同时以2 m/s的速度(相对地面)跳离车比先后以2 m/s 的速度(相对地面)跳离车使小车获得的速度要大些
B.A项中,应该是两人先后跳离时,小车获得的速度大
C.A项中的结论应该是两种跳离方式使小车获得的速度一样大
D.A项两种跳离方式使小车获得的速度不相等,但无法比较哪种跳法小车获得的速度大
C
3. (多选) 如图，质量为m的人站在质量为M的车的一端，m>M，车相对于地面静止。在人由一端走到另一端的过程中，人重心高度不变，空气阻力、车与地面间的摩擦力均可以忽略不计（　　 ）
A．人对车的冲量大小大于车对人的冲量大小
B．人发生的位移大小大于车发生的位移大小
C．人运动越快，人和车的总动量越大
D．不管人运动多快，车和人的总动量不变
BD
反冲现象 火箭
反冲现象
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
规律
反冲现象的应用与防止
火箭
飞行的原理---利用反冲现象
决定火箭最终飞行速度的因素
喷气速度
质量比
特点：
物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动
系统总动能增加