1.6 反沖現(xiàn)象 火箭 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

新人教版選擇性必修一第一章動(dòng)量守恒定律第6節(jié)反沖運(yùn)動(dòng)火箭你知道章魚、烏賊是怎樣游動(dòng)的嗎？它們先把水吸入體腔，然后用力壓水，通過(guò)身體前面的孔將水噴出，使身體很快地運(yùn)動(dòng)。章魚能夠調(diào)整噴水的方向，這樣可以使得身體向任意方向前進(jìn)。章魚游動(dòng)時(shí)體現(xiàn)了什么物理原理？新課引入1、反沖運(yùn)動(dòng)(1).定義：當(dāng)一個(gè)物體向某一方向射出(或拋出)它的一部分時(shí)，這個(gè)物體的剩余部分向相反方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象．(2).特點(diǎn)：①物體間相互作用突然發(fā)生，時(shí)間短，作用強(qiáng)。②系統(tǒng)所受外力一般不為零，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力。新課講授(3).原理：遵循動(dòng)量守恒定律P'=P即m1v1+m2v2=0故有：負(fù)號(hào)就表示作用后的兩部分運(yùn)動(dòng)方向相反學(xué)習(xí)任務(wù)一：反沖現(xiàn)象學(xué)習(xí)任務(wù)一：反沖現(xiàn)象反沖運(yùn)動(dòng)實(shí)例：思考：兩個(gè)小孩在光滑冰面上，你準(zhǔn)備怎樣離開(kāi)冰面？學(xué)習(xí)任務(wù)一：反沖現(xiàn)象做一做：新課講授學(xué)習(xí)任務(wù)一：反沖現(xiàn)象做一做：

（1）應(yīng)用：烏賊游泳；噴灌；噴氣式飛機(jī)；火箭等（2）防止：槍射擊時(shí)槍身向后反沖等學(xué)習(xí)任務(wù)一：反沖現(xiàn)象反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)二：火箭古代火箭：我國(guó)早在宋代就發(fā)明了火箭，在箭支上扎個(gè)火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點(diǎn)燃后生成的燃?xì)庖院艽蟮乃俣认蚝髧姵?，火箭由于反沖而向前運(yùn)動(dòng)。噴氣式飛機(jī)和火箭:飛行應(yīng)用了反沖的原理，它們都靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大的速度。現(xiàn)代的噴氣式飛機(jī)，靠連續(xù)不斷地向后噴出氣體，飛行速度能夠超過(guò)1000m/s。質(zhì)量為m的人在遠(yuǎn)離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對(duì)靜止。由于沒(méi)有力的作用，他與飛船總保持相對(duì)靜止的狀態(tài)。這個(gè)人手中拿著一個(gè)質(zhì)量為Δm的小物體?，F(xiàn)在他以相對(duì)飛船為u的速度把小物體拋出。1.小物體的動(dòng)量改變量是多少？2.人的動(dòng)量的改變量是多少？3.人的速度改變量是多少？

人和他拋出的小物體是一個(gè)系統(tǒng)以飛船為參考系拋出過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒以速度u的方向?yàn)檎较?/p>

Δp物=Δmu-0=Δmu

uΔm

vmΔmu+Δp人=0Δp人=mΔv=-Δmu分析Δp人=-Δmu“思考與討論”學(xué)習(xí)任務(wù)二：火箭設(shè)火箭飛行時(shí)在極短的時(shí)間?t內(nèi)噴射燃?xì)獾馁|(zhì)量是?m，噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度是u，噴出燃?xì)夂蠡鸺馁|(zhì)量是m。我們就可以計(jì)算火箭在這樣一次噴氣后增加的速度?v。問(wèn)題：火箭增加的速度?v與什么有關(guān)？①燃?xì)獾乃俣萿，一般在2000m/s~5000m/s之間②噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量之比，燃料最多占火箭總重的90%，否則火箭的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)代火箭工作原理：學(xué)習(xí)任務(wù)二：火箭新課講授模擬火箭發(fā)射學(xué)習(xí)任務(wù)二：火箭M-mV0正方向V=？m火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為M，燃料全部燃燒完后的質(zhì)量為m，火箭燃?xì)獾膶?duì)地噴射速度為V0，燃料燃盡后火箭的速度V為多大？【解析】在火箭發(fā)射過(guò)程中，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以動(dòng)量守恒。設(shè)火箭的速度方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒得：0=mV

-（M-m)V0

例題1噴氣速度質(zhì)量比火箭起飛前的質(zhì)量燃料燃盡后的火箭殼質(zhì)量

質(zhì)量比：火箭開(kāi)始飛行時(shí)的質(zhì)量與燃料燃盡時(shí)的質(zhì)量之比。例題例題2如圖，長(zhǎng)為L(zhǎng)質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m的人（可視為質(zhì)點(diǎn)）開(kāi)始從船頭走向船尾，不計(jì)水的阻力，求：船和人相對(duì)地面的位移各是多少？①人動(dòng)船動(dòng)，人停船停，人快船快，人慢船慢，人左船右；②速度比等于質(zhì)量的反比，位移比等于質(zhì)量的反比；解析：由動(dòng)量守恒定律可知由幾何關(guān)系可知即1、“人船模型”是動(dòng)量守恒定律的拓展應(yīng)用，它把速度和質(zhì)量的關(guān)系推廣到質(zhì)量和位移的關(guān)系。即：

m1v1=m2v2

則：m1s1=m2s22、此結(jié)論與人在船上行走的速度大小無(wú)關(guān)。不論是勻速行走還是變速行走，甚至往返行走，只要人最終到達(dá)船的左端，那么結(jié)論都是相同的。3、人船模型的適用條件是：兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)的合動(dòng)量為零。例題2深入思考現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃?xì)猥@得反作用力向前推進(jìn)的飛行器，是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星上天和航天飛行的運(yùn)載工具，故又稱運(yùn)載火箭?，F(xiàn)代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣速度通常在2000～5000m/s，近期內(nèi)難以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在減輕火箭本身質(zhì)量上下功夫?；鸺痫w時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比叫作火箭的質(zhì)量比。這個(gè)參數(shù)一般小于10，否則火箭結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度就有問(wèn)題。但是，這樣的火箭還是達(dá)不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星的7.9km/s的速度。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家提出了多級(jí)火箭的概念。把火箭一級(jí)一級(jí)地接在一起，第一級(jí)燃料用完之后就把箭體拋棄，減輕負(fù)擔(dān)，然后第二級(jí)開(kāi)始工作，這樣一級(jí)一級(jí)地連起來(lái)，理論上火箭的速度可以提得很高。但是實(shí)際應(yīng)用中一般不會(huì)超過(guò)四級(jí)，因?yàn)榧?jí)數(shù)太多時(shí)，連接機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)的質(zhì)量會(huì)增加很多，工作的可靠性也會(huì)降低?？茖W(xué)漫步三級(jí)運(yùn)載火箭我國(guó)自1956年建立了專門的航天研究機(jī)構(gòu)到現(xiàn)在，火箭技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。截至2017年底，已經(jīng)完成近300次各種衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，成功地實(shí)現(xiàn)了載人航天飛行，并在國(guó)際航天市場(chǎng)占有一席之地。我國(guó)的火箭技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列。運(yùn)載火箭一般采用液體推進(jìn)劑，第一、二級(jí)多用液氧、煤油或四氧化二氮。末級(jí)用液氧、液氫高能推進(jìn)，稱為低溫液體火箭，技術(shù)比較復(fù)雜，目前只有美國(guó)、俄斯、法國(guó)、中國(guó)和日本等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握低溫液體火箭技術(shù).目前擁有運(yùn)載火箭的國(guó)家有俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、日本、印度和以色列。當(dāng)今世界上最大的運(yùn)載火箭是俄羅斯的“能源”號(hào)，它長(zhǎng)60米，底部最大直徑20米，重3000多噸，能將120噸的有效載荷送入近地軌道。迄今為止運(yùn)載火箭均為一次使用的，成本高。一次發(fā)射，少的幾千萬(wàn)美元，多的上億美元。不能重復(fù)使用，資源浪費(fèi)大?？茖W(xué)漫步二、光的折射當(dāng)談達(dá)標(biāo)訓(xùn)練

某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)射自制水火箭，火箭外殼重2kg，發(fā)射瞬間將殼內(nèi)質(zhì)量為4kg的水相對(duì)地面以10m/s的速度瞬間噴出，已知重力加速度g=10m/s2，空氣阻力忽略不計(jì)，火箭能夠上升的最大高度為多少？解：由動(dòng)量守恒：解得：火箭上升的高度為：mv1=Mv2v2=20m/sh=v22/2g=20m二、光的折射當(dāng)談達(dá)標(biāo)訓(xùn)練一質(zhì)量為M的航天器正以速度v0在太空中飛行，某一時(shí)刻航天器接到加速的指令后，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間向后噴出一定質(zhì)量的氣體，氣體噴出時(shí)速度大小為v1，加速后航天器的速度大小為v2，則噴出氣體的質(zhì)量m為多少？解：規(guī)定航天器的速度方向?yàn)檎较?，發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故由動(dòng)量守恒定律可得：解得：Mv0=(M－m)v2－mv1二、光的折射當(dāng)談達(dá)標(biāo)訓(xùn)練

載人的氣球原來(lái)靜止在離地面高為h的空中，氣球質(zhì)量為M，質(zhì)量為m的人要沿氣球上的繩梯安全著地，如圖所示，則繩梯長(zhǎng)度至少為多長(zhǎng)？解：以人和氣球?yàn)橄到y(tǒng)，在人沿繩梯著地的過(guò)程中動(dòng)量守恒，有：mh=Ms（s為氣球上升的位移）解得：所以繩梯的總長(zhǎng)度為：二、光的折射當(dāng)談達(dá)標(biāo)訓(xùn)練一個(gè)士兵坐在皮劃艇上,他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量共120kg,這個(gè)士兵用自動(dòng)步槍在2s時(shí)間內(nèi)沿水平方向連續(xù)射出10發(fā)子彈,每發(fā)子彈的質(zhì)量是10g，子彈離開(kāi)槍口時(shí)相對(duì)地面的速度是800m/s.射擊前皮劃艇是靜止的.（1）連續(xù)射擊后皮劃艇的速度是多大?（2）連續(xù)射擊時(shí)槍所受到的平均反沖作用是多大?解：（1）設(shè)子彈的速度方向?yàn)檎较颍?0mv1+（M﹣10m）v2=0

v2=-0.67m/s，負(fù)號(hào)表示：方向與子彈速度方向相反；（2）對(duì)皮劃艇（包括槍與剩余子彈）：Ft