高二物理选修3-5 16. 5 反冲运动 火箭 课件 （26张ppt人教版）

(共26张PPT)
高考导航
反冲运动与科学、技术、社会密切相关,是近年高考的热点.试题往往将反冲运动与其他运动形式结合在一起考查,综合性强,难度大。
16. 5 反冲运动 火箭
一、反冲运动
1.反冲运动的定义
根据动量守恒定律可知,原来静止的系统在内力的作用下分裂为两个部分,当其中一部分向某个方向运动时,另一部分向相反方向运动，这就叫做反冲运动。
2.反冲运动的原理
反冲运动是系统内力作用的结果。在发生反冲运动的过程中,如果系统所受到的外力远远小于内力,那么反冲运动遵循动量守恒定律。
一、反冲运动
3.表达式
若发生反冲运动前系统是静止的,则根据动量守恒定律有 ：
M
此式表明做反冲运动的两部分,它们的动量大小相等,方向相反,而它们的速率则与质量成反比。
深度理解：
在反冲运动中,若已知条件是物体间的相对速度,利用动量守恒定律列方程时,应将相对速度转化为相对同一参考系的速度(一般为对地速度)。
一、反冲运动
4.反冲运动的特点
(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。
(2)在反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理。
(3)在反冲运动中,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。
5.反冲运动的应用与防止
(1)利用有益的反冲运动：反击式水轮机是使水从转轮的叶片中流出,使转轮由于反冲而旋转,从而带动发电机发电;喷气式飞机和火箭都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。
(2)避免有害的反冲运动：射击时,子弹向前飞去,枪身向后发生反冲,这就会影响射击准确性等。
反冲现象的应用
反击式水轮机是大型水力发电站应用最广泛的水轮机。它是靠水流的反冲作用旋转的。

1965年我自行设计的第一架超音速喷气式强击机--强-5。


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。
反冲现象的应用



枪械、火炮发射时会产生巨大的后坐力，影响连续发射的精确度，因此用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减小反冲作用。
反冲现象的防止



中国新型自行榴弹炮装在履带式的车辆上且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。止退犁和两个液压缓冲器，都是为了提高火炮连射时的命中精度而精心设计的。
我们如何既避免反冲危害又能保证命中精准度呢？
一、反冲运动
例1.（多选）今年春节上映的国产科幻大片《流浪地球》中有这样的情节：为了自救，人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划，即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机，推动地球离开太阳系，用2500年的时间奔往另外一个栖息之地。这个科幻情节中里有反冲运动的原理。现实中的下列运动，属于反冲运动的有（　 　）
A．汽车的运动 B．直升飞机的运动
C．火箭的运动 D．反击式水轮机的运动
CD
一、反冲运动
例2.装有炮弹的大炮总质量为M，炮弹的质量为m，炮筒水平放置，炮弹水平射出时相对炮口的速度为v0，则炮车后退的速度大小为（　　）
A． v0 B．
C． D． v0
A
一、反冲运动
变式1.如图所示，质量为M，半径为R的光滑半圆弧槽静止在光滑水平面上，有一质量为m的小滑块在与圆心等高处无初速度滑下，在小滑块滑到圆弧槽最低点的过程中，圆弧槽产生的位移的大小为 。


在箭支前端缚火药筒，利用火药向后喷发产生的反作用力把箭发射出去。这是世界上最早的喷射火器。

古代火箭
二、反冲现象的应用—火箭
现代火箭
二、反冲现象的应用—火箭
1.定义
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,是反冲运动的典型应用之一。
2.现代火箭的主要用途
利用火箭作为运载工具,例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船。
3.火箭的工作原理
主要由壳体和燃料两大部分组成。
火箭燃料燃烧时，从尾部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭获得等大反向的动量，因而发生连续的反冲现象，随着推进剂的消耗，火箭的质量逐渐减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
二、反冲现象的应用—火箭
4.最大飞行速度的决定因素
(1)喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s,提高到3-4km/s需很高的技术水平。
(2)质量比(火箭开始飞行时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比):现代火箭能达到的质量比不超过10。
说明：
喷气速度越大,质量比越大,火箭最终速度就越大。火箭向前飞行所能达到的最大速度,一般来说就是燃料燃尽时火箭的速度。
要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度，如何解决卫星发射问题？


二、反冲现象的应用—火箭
5.用多级火箭发射卫星获得所需速度

多级火箭是由单级火箭构成，发射时先点燃第一级火箭，燃料用完后，空壳自动脱落，然后下一级火箭脱落，多级火箭及时把外壳脱落，使火箭的总质量减少，因而达到更高的速度。
但并非火箭级数越多就越好，级数越多结构越复杂，技术要求越高，工作可靠性越差，目前多级火箭一般是三级火箭。
二、反冲现象的应用—火箭
二、反冲现象的应用—火箭
例3.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是（　　）
A．燃料推动空气，空气反作用力推动火箭
B．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭
D．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭
D
1.“人船模型”问题的特征
两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受外力的矢量和为零,则动量守恒.在相互作用的过程中,任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。
2.处理“人船模型”问题的关键
(1)利用动量守恒,确定两物体的速度关系,再确定两物体通过的位移的关系。
由于动量守恒,所以任一时刻人和船组成的系统的总动量为零,动量守恒式可写成的形式(、 为两物体的瞬时速率),表明任意时刻的瞬时速率都与物体的质量成反比,所以全过程的平均速率也与质量成反比,进而可得两物体的位移大小与各物体的质量成反比即 。
三、“人船模型”问题
(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,找出各长度间的关系。
特别提醒：
①“人船模型”是运用动量守恒求涉及相对运动物体位移的问题,所以在运用时需
特别注意其适用条件,即系统的动量守恒且最初处于静止状态。
②“人船模型”问题中两物体的运动特点是“人”走“船”行、“人”停“船”停、“人”快“船”快、“人”慢“船”慢。
③解题时应注意区分“人”和“船”的相对位移与对地位移。
三、“人船模型”问题
3.规律总结
(1)“人船模型”中的动力学规律:由于组成系统的两物体受到大小相同、方向相反的一对力,故两物体速度或位移大小与质量成反比,方向相反.这类问题的特点是两物体同时运动,同时停止。
(2)“人船模型”中的动量与能量规律:由于系统不受外力作用,故而遵从动量守恒定律,又由于相互作用力做功,故系统或每个物体动能均发生变化,力对“人”做的功量度“人”动能的变化;力对“船”做的功量度“船”动能的变化；
(3)在系统满足动量守恒的方向上 , 人、船的位移与质量成反比。
三、“人船模型”问题
例4.长为L、质量为M的船停在静水中，一质量为m的人（可视为质点）站在船头，在人从船头走到船尾的过程中，船相对地的位移大小为 ；人相对地的位移大小为 （忽略水对船的阻力）
三、“人船模型”问题


变式2.如图所示，大气球质量为100kg，载有质量为50kg的人，静止在空气中距地面20m高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则这绳长至少应为多长？（不计人的高度）（可以把人看做质点）（　　）

A．10m B．30m C．40m D．60m

三、“人船模型”问题

原理：
现代火箭：
定义：
古代火箭
静止物体的两部分在内力作用下向相反方向运动的现象
反冲运动
火箭
动量守恒，动能增加



用途：运载工具
结构：壳体和燃料
速度：
多级火箭
应用：


反击式水轮机、喷气式背包、水上飞行器
防止：自行榴弹炮止退犁、液压缓冲器等。
课堂小结
作业
1.先复习今天所讲基础内容完成5节大小本；
2.完成习题课课件 。