1.6 反冲现象 火箭 课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
第一章 动量守恒定律
第六节 反冲现象 火箭
学习目标
01
02
03
04
物理观念
理解反冲现象的本质是系统内部相互作用导致动量重新分配，掌握反冲运动中动量守恒的应用条件与表达式；能够运用动量守恒定律解释火箭推进的基本原理，理解喷气速度与火箭速度变化之间的关系。
科学思维
通过分析反冲现象的实例，培养从具体到抽象、从现象到本质的归纳推理能力；运用理想化模型（如忽略外力）处理实际问题，提升建模能力和逻辑演绎水平。
科学探究
设计并观察简易反冲实验，收集数据验证动量守恒在反冲过程中的体现；在小组合作中提出假设、设计方案、分析结果，体验科学探究全过程。
科学态度与责任
感受反冲现象在航天、交通等领域的广泛应用，增强对现代科技发展的认同感；认识我国航天事业的伟大成就，激发民族自豪感与投身科技报国的责任意识。
重点难点
教学重点
教学难点
反冲现象的物理本质及其动量守恒的定量分析；火箭推进原理的动量守恒解释。
理解反冲过程中系统内力如何引起整体运动状态改变；建立火箭变质量系统的理想模型并推导速度增量公式。
导入新课
导入新课
你知道章鱼、乌贼怎样游动的吗？它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地运动。章鱼能够调整自己的喷水口的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。
你认为宇航员和章鱼运动时应用了什么物理原理吗？
反冲运动
1.定义：当一个物体向某一方向射出(或抛出)它的一部分时，这个物体的剩余部分向相反方向运动的现象．
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。
3. 原 理：遵循动量守恒定律
反冲运动
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。
反冲的应用
灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，转动方向与水的喷射方向相反,水的前进导致管的后退，弯管就旋转起来。
灌溉喷水器
反冲的应用
2017年5月5日，中国第一架国产大型喷气式客机C919顺利完成它的首次飞行。C919是商飞公司按照国际标准研发、制造的大型喷气式民用飞机，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。
喷气式飞机
反冲的应用
水上滑行能让你在水底潜行，并向海豚一般跃出水面，激起层层浪花，它动作如钢铁侠一般带劲!通过喷射装置产生的巨大推动力，可以产生100马力，并将上升高度提升至接近10米甚至更高，让你领略高于一切的海岸新视角!
水上滑行
反冲的防止
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。
大炮止退犁
反冲的防止
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
射击时，子弹向前飞去，由于动量守恒，枪身获得向后的动量，发生反冲现象，因此肩膀会感到痛。
例题讲解
【例题】机关枪重8Kg，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后退速度vˊ是多大？
【解析】机枪和子弹这一系统动量守
恒，取子弹的速度方向为正方向，由
动量守恒定律得：0=mv -Mvˊ
vˊ = ( m / M ) v=[(0.02÷8) × 1000]m/s =2.5m/s
反冲现象视频
古代火箭
我国早在宋代就发明了火箭，在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒，火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出，火箭由于反冲而向前运动。
现代火箭
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。
工作原理:火箭应用了反冲的原理，火箭燃料燃烧产生的高温、高压的燃气从尾部迅速喷出时，使火箭获得了巨大的速度。
典例讲解
M-m
V0
正方向
V=？
m
【例题】火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为V0，燃料燃尽后火箭的速度V为多大？
【解析】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，
由动量守恒得：
0= mV -（M-m)V0
决定火箭飞行最大速度的因素
喷气速度
质量比
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比。
决定火箭飞行最大速度的因素
如何提高火箭燃气的喷射速度？
【提示】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。
如何提高火箭提高火箭质量比？
【提示】多级火箭能及时把空壳抛掉，使火箭的总质量减少，因而能够达到很高的速度，但火箭的级数不是越多越好，级数越多构造越复杂，工作的可靠性越差，目前多级火箭一般都是三级。
1
3
第1级火箭
第2级火箭
第3级火箭
有效负荷
动力系统
制导与控制系统
火箭视频
人船模型
03
人船模型
问题情景：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
【分析】由系统动量守衡：
m v1 = M v2
m v1 t = M v2 t
m s人 = M s船 ---------- ①
s人 + s船 = L ----------②
人船模型
【拓展应用】载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？
H
S
H
【分析】由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
人船模型解题思路
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
人船模型
动量守恒定律中的相对速度
参考系变化:
v人地= v人车 + v车地
注意：上式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
课堂小结
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
应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等
防止：射击时，用肩顶住枪身
火箭
1．飞行的原理---利用反冲运动
2．决定火箭最终飞行速度的因素
喷气速度
质量比
人船模型
1.章鱼遇到危险时可将吸入体内的水在极短时间内向后喷出，由此获得一个反冲速度，从而迅速向前逃窜完成自救。假设有一只章鱼吸满水后的总质量为M，且静止悬浮在水中，其一次喷射出质量为m的水，喷射出的水的速度大小为，章鱼体表光滑，则以下说法正确的是（　　）
A．章鱼的反冲推力来源于喷出的水对它的反作用力
B．喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统动量不守恒
C．喷水的过程中，章鱼和喷出的水组成的系统机械能守恒
D．章鱼喷水后瞬间逃跑的速度大小为
课堂练习
AD
课堂练习
解析：A．章鱼喷水过程中对喷出的水有作用力，根据牛顿第三定律，喷出的水对章鱼有反作用力，这就是章鱼反冲运动的推力，故A正确；B．章鱼喷水过程所用的时间极短，内力远大于外力，章鱼和喷出的水组成的系统动量守恒，故B错误；C．在章鱼喷水的过程中，章鱼体内的化学能转化为机械能，系统机械能增加，故C错误；D．以章鱼和喷出的水组成的系统为研究对象，规定章鱼喷水后瞬间逃跑的方向为正方向，由动量守恒定律得
可得章鱼喷水后瞬间逃跑的速度大小为,故D正确。故选AD。
课堂练习
2.一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机时喷出的速度v＝1000 m/s，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，求：
(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？
(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？
课堂练习
课堂练习
3.总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为(　　)
A．v0＋mu/M
B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m)
D．v0＋mu/(M-m)
【分析】设向前为正方向。燃料相对地速度V1=V-u
喷射前后火箭、燃料系统动量守恒
MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
A
课堂练习
4.如图所示，装甲车和其中炮弹的总质量为M，正沿轨道向右匀速行驶，其速度为v0，发射一枚质量为m的炮弹后，装甲车的速度变为v，仍向右行驶．若不计轨道的摩擦，求炮弹射出炮口时相对于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
【解析】设相对炮口速度为u,则对地速度为u+v.
动量守恒：Mv0=(M-m)v+m(u+v)
则u=M(v0-v)/m