1.6反冲现象 火箭 课件（31张PPT）

1.6 反冲现象 火箭
思考：你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？章鱼游动时体现了什么物理原理？
章鱼通过调整喷水的方向，使得身体向任意方向前进，章鱼游动时体现了反冲现象。
那么，什么是反冲现象呢？
一、反冲现象
1.反冲现象:系统在内力作用下，当一部分向某一方向的运动时，剩余部分沿相反方向运动的现象。
发射炮弹时，炮弹从炮筒中飞出，炮身则向后退。炮身的这种后退运动叫作反冲。
（1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。
（2）反冲运动和碰撞、爆炸有相似之处，相互作用力常为变力，且作用力大，一般都满足内力>>外力，所以反冲运动可用动量守恒定律来处理。
（3）反冲中，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。
2.特点
3.反冲现象的防止及应用
（1）防止：用枪射击时，由于枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。
（2）应用：农田、园林的喷灌装置利用反冲使水从喷口喷出时，一边喷水一边旋转。
做一做：
1.把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口，然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。
现象：我通过实验发现，气球口朝下，气球往上飞，气球口朝上，气球往下飞。
气球向一个方向喷气时，就会受到一个相反方向的力，而向相反方向运动，这是反冲现象。
思考：你能把气球的运动的实验的结果用一句比较简单的语言归纳起来吗？ 这属于什么现象？
思考：气球喷气会受到一个相反方向力的作用向相反方向运动，如果喷出的不是气，而是液体像水，会怎样呢？
2.如图所示，把弯管装在可旋转的盛水容器的下部。当水从弯管流出时，容器怎样旋转？
我们还发现，盛水容器转动的方向刚好和水喷出的方向相反。
并且盛水容器的水越多，转动就越快，水减少，水杯的转动就慢，最后就停下来。
归纳：反冲的力的方向和物体喷出气体和液体的方向相反。
例1.带子弹的步枪质量为5kg，一颗子弹的质量为10g，子弹从枪口飞出时的速度为 ，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为（　　）
A．2m/s
B． 1.8m/s
C． 3m/s
D． 4m/s
B
变式训练：如图所示，光滑的地面上放置一辆小车，开始时小车保持静止，
某一时刻，车上的人将一木箱向右推出（人与车无相对运动），木箱撞击小
车右侧竖直挡板后不再弹回，则下列选项正确的是（　 　）
BD
A．如果木块与小车之间无摩擦，最终小车将保持静止，
如果有摩擦，则小车向右运动
B．无论木块与小车之间有无摩擦，最终小车都将静止
C．如果木块与小车之间无摩擦，最终小车将停在初始位置
D．如果木块与小车之间无摩擦，最终小车将停在初始位置的左侧
技法点拨：
（1）因为整个系统处在光滑的水平地面上，所以系统动量守恒
（2）当木块与小车之间无摩擦时，由于小球向右运动，因为系统动量守恒，所以小车就会向左运动，最后木块会与车右侧的挡板碰撞，然后不再弹回，则此时小车与小球处于静止状态，最终小车将停在初始位置的左侧。
二、火箭
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。
现在火箭
三级火箭
运载物
第三级
第二级
第一级
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′=?muM
?
设火箭飞行时在极短的时间?t内喷射燃气的质量是?m，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度是u，喷出燃气后火箭的质量是 m。我们就可以计算火箭在这样一次喷气后增加的速度?v。以喷气前的火箭为参考系。喷气前火箭的动量是0，喷气后火箭的动量是m?v，燃气的动量是?mu。根据动量守恒定律，喷气后火箭和燃气的总动量仍然为0，所以
m? v+ ? mu = 0
得： ? v = ???mm u
上式表明，火箭喷出的燃气的速度 u 越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大，火箭获得的速度? v就越大。
?
例1. 近年来，我国的航天事业取得巨大成就，"天问一号"的成功发射，"北斗"系统的成功组网等等，发射各类航天器都要用到火箭。关于火箭下列说法正确的是 （　　）
A．火箭点火后离开地面向上运动，是地面对火箭反作用力作用的结果
B．火箭获得的机械能来自于燃料燃烧释放的化学能
C．火箭运动过程中，牛顿第三定律适用，牛顿第二定律不适用
D．为了提高火箭的速度，实际上可以不断的增加火箭的级数
B
变式训练：下列物体运动的原理与运载火箭发射升空的原理最为相似的是（　　）
A．爆竹飞上天空
B．运动员跳高
C．地球绕太阳运动
D．离弦之箭
A
技法点拨：
运载火箭发射升空是运用动量守恒定律，利用反冲现象而实现的，选项中只有爆竹飞上天空利用了反冲现象。
特别提醒：
（1）反冲现象中速度的反向性
对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相反。
（2）反冲现象中速度的相对性
反冲现象中存在相互作用的物体间发生相对运动，如果已知条件中告知的是物体的相对速度。在应用动量守恒定律时，应将相对速度转换为绝对速度。
拓展练习：火箭相对地面匀速飞行的速度为v0，某时刻的总质量为M，现火箭发动机向后喷出气体，若每次喷出的气体质量恒为m，相对于火箭的速度大小恒为u，不计空气阻力和地球引力，求第二次气体喷出后火箭的速度为多大。
分析：（1）题目中的速度u 是相对于火箭的，而不是相对于地面的，不能直接代入动量守恒公式。
（2）若喷出气体后火箭速度分别为v1、v2，喷出的气体对地速度分别是v1 ??u和 v2?u。
?
解析：火箭与被喷气体组成的系统不受外力作用，动量守恒。以v0方向为正方向，设喷出第一次气体、第二次气体后火箭速度分别为vl、V2，应用动量守恒定律，对第一次喷气过程有：
Mv0=(M-m)v1+m(v1-u)
对第二次喷气过程有：(M-m)v1= (M-2m)v2+m(v2-u)
二式联立解得火箭喷出第二次气体后的速度为
V2=????0 + ???????????? + ?????????????????
?
反冲现象
火箭
反冲现象
工作原理
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
火箭
主要用途
1.个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为（　　）
A．E0
B． mME0
C． mM?mE0
D． MmM?mE0
?
C
2.一炮弹质量为m，以一定的倾角斜向上发射，达到最高点时速度大小为v，方向水平。炮弹在最高点爆炸成两块，其中质量为 的一块恰好做自由落体运动，则爆炸后另一块的瞬时速度大小为（　　）
A． 169 V B． 43V
C． 34V D．3V
?
B
3.假设将发射导弹看成如下模型：静止的实验导弹总质量M＝3300 kg，当它以相对于地面的速度v0＝120 m/s喷出质量为Δm＝300 kg的高温气体后，导弹的速度为（喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略）（　　）
A．－10 m/s
B．12 m/s
C．10 m/s
D．－12 m/s
D
4. (多选)如图所示，在光滑水平面上有一静止的质量为M的小车，用长为L的细线系一质量为m的小球，将球拉开后放开，球放开时小车保持静止状态，从小球落下到与固定在小车上的油泥沾在一起的这段时间内，则（　　）
A．小车向左运动
B．小车向右运动
C．小车的运动距离MLm+M
D．小车的运动距离mLm+M
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5. (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
再见