反沖現(xiàn)象 火箭 高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修1

第一章

動(dòng)量守恒定律第6節(jié)

反沖現(xiàn)象火箭火箭的發(fā)射章魚的運(yùn)動(dòng)火箭為什么能離開地球，升入太空，實(shí)現(xiàn)飛天夢(mèng)？章魚、烏賊是怎樣在大海中穿梭自如？1.認(rèn)識(shí)反沖現(xiàn)象，并能舉出幾個(gè)反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí)例；2.能結(jié)合動(dòng)量守恒定律對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)做出解釋；3.了解火箭的飛行原理。把氣球吹滿氣，然后松手，氣球會(huì)怎樣？v’vM-mmFF’01反沖現(xiàn)象發(fā)射炮彈時(shí)，炮彈從炮筒中飛出，炮身向后運(yùn)動(dòng)。用槍射擊時(shí)，子彈向前飛去，槍身向后運(yùn)動(dòng)。你還能舉出哪些類似的例子？1.定義一個(gè)靜止的物體，在內(nèi)力的作用下，分裂為兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)。這個(gè)現(xiàn)象叫反沖。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。氣球是如何實(shí)現(xiàn)反沖的，在反沖運(yùn)動(dòng)中，能量如何轉(zhuǎn)化?v’vM-mmFF’彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。3.規(guī)律（2）動(dòng)量角度:相互作用的內(nèi)力一般情況下遠(yuǎn)大于外力或在某一方向上內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以可以用動(dòng)量守恒定律或在某一方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來處理。（3）能量角度:（1）動(dòng)力學(xué)角度:相互作用的兩部分物體內(nèi)力遠(yuǎn)大于作用在任意一部分其上他外力，可近似認(rèn)為任一一部分物體合外力近似等于內(nèi)力，由于內(nèi)力很大，任意部分加速很快。4.反沖的應(yīng)用與防止（1）灌溉噴水（2）噴氣飛機(jī)你知道在生產(chǎn)生活中和科學(xué)技術(shù)中有哪些地方需要防止反沖帶來的危害嗎？

中國(guó)新型履帶式自行榴彈炮炮車的履帶表面有較深的突起抓地鉤型設(shè)計(jì)是為了增大摩擦力，止退犁和兩個(gè)液壓緩沖器，都是為了在火炮連射時(shí)起到“止退”的作用，提高命中精度而精心設(shè)計(jì)的。用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部，以減少反沖的影響老舊式的炮車發(fā)射炮彈前需要先固定古代的火箭（模型）思考：火箭的飛行應(yīng)用了什么原理，它是靠什么作用來獲得巨大速度的？箭桿上捆了一個(gè)前端封閉的火藥筒，點(diǎn)燃后生成的燃?xì)庖院艽笏俣认蚝髧姵?，箭桿由于反沖而向前運(yùn)動(dòng)。02火箭現(xiàn)代火箭較古代火箭結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，現(xiàn)代火箭主要由殼體和燃料組成，殼體是圓筒形的，前端是封閉的尖端，后端有尾噴管，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵?，火箭就向前飛去。1.原理：火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理，靠噴出氣流的反沖作用來獲得巨大速度。當(dāng)火箭推進(jìn)劑燃燒時(shí)，從尾部噴出的氣體具有很大的動(dòng)量，火箭獲得大小相等、方向相反的動(dòng)量，因而發(fā)生連續(xù)的反沖現(xiàn)象，隨著燃料的消耗，火箭質(zhì)量減小，加速度增大，當(dāng)燃料完全消耗后，火箭即以獲得的速度沿著預(yù)定軌道飛行。2.結(jié)構(gòu)：為了提高速度，實(shí)行多級(jí)（不超過四級(jí)）火箭發(fā)射。3.作用：發(fā)射洲際導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船。思考與討論：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?m

的小物體。現(xiàn)在他以相對(duì)于飛船為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)量改變量是多少？3.人的速度改變量是多少？

uΔmvm思考：假設(shè)火箭在地球表面由靜止起飛時(shí)，在極短的時(shí)間△t內(nèi)噴出燃?xì)獾馁|(zhì)量為△m，噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度大小為u，噴出燃?xì)夂蠡鸺馁|(zhì)量為m,我們?cè)O(shè)法計(jì)算火箭在這樣一次噴氣后增加的速度△v。發(fā)射前的總動(dòng)量為：發(fā)射后的總動(dòng)量為：

系統(tǒng)由動(dòng)量守恒得：0mΔv-Δmu0=mΔv-Δmu認(rèn)為動(dòng)量守恒，設(shè)噴出燃?xì)夂蠡鸺黾拥乃俣葹棣，火箭的速度方向?yàn)檎较颍悍治觯害m正方向燃?xì)馑俣萿影響火箭飛行速度的主要因素是什么呢？①燃?xì)鈬娚涞乃俣?/p>

②

火箭的質(zhì)量比（即火箭開始飛行時(shí)的質(zhì)量與燃料燃盡時(shí)的質(zhì)量之比）現(xiàn)代的火箭噴氣速度通常在2000-5000m/s質(zhì)量比：Δm/m一般小于10，火箭強(qiáng)度有限要提高噴氣速度，就要使用高質(zhì)量的燃料，目前常用的液體燃料是液氫，用液氧做氧化劑。

多級(jí)火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級(jí)火箭燃燒結(jié)束后，便自動(dòng)脫落，接著第二級(jí)、第三級(jí)依次工作，燃燒結(jié)束后自動(dòng)脫落，這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量，減輕負(fù)擔(dān)。【問題】衛(wèi)星發(fā)射最小速度為7.9km/s，為如何能提升火箭的發(fā)射速度，解決衛(wèi)星發(fā)射問題？目前多級(jí)火箭一般不超過四級(jí)，因?yàn)榧?jí)數(shù)太多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)質(zhì)量會(huì)增加很多，工作可靠性會(huì)降低。拓展：人船模型例：靜止在水面上的小船長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為M，在船的最右端站有一質(zhì)量為m的人，不計(jì)水的阻力，當(dāng)人從最右端走到最左端的過程中，小船移動(dòng)的距離是多大？S2S1

條件:系統(tǒng)動(dòng)量守衡且系統(tǒng)初動(dòng)量為零.結(jié)論:人船對(duì)地位移為將二者相對(duì)位移按質(zhì)量反比分配關(guān)系

解決“人船模型”問題1.解前畫出人、船位移草圖2.運(yùn)動(dòng)情況：人走、船行；人停船停；人加速船加速；人減速船減速。3.原理：動(dòng)量守恒定律4.人船速度關(guān)系：0=mv1-Mv2.

則v1/v2=M/m,任意時(shí)刻速度與質(zhì)量成反比。5.人船位移關(guān)系：

mx1-Mx2=0,則x1/x2=M/m。

x1+x2=LL----船的長(zhǎng)度則：x1=mL/(m+M),x2=ML/(M+m)v1v2x1x2LMm1.(多選)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度()A．使噴出的氣體速度更大B．使噴出的氣體溫度更高C．使噴出的氣體質(zhì)量更大D．使噴出的氣體密度更小AC2.光滑水平面上停有一質(zhì)量為M的平板小車,小車上站有質(zhì)量均為m的兩個(gè)人,兩人朝同一水平方向跳離小車,從而使小車獲得一定的速度,則下列說法正確的是(

)A.兩人同時(shí)以2m/s的速度(相對(duì)地面)跳離車比先后以2m/s的速度(相對(duì)地面)跳離車使小車獲得的速度要大些B.A項(xiàng)中,應(yīng)該是兩人先后跳離時(shí),小車獲得的速度大C.A項(xiàng)中的結(jié)論應(yīng)該是兩種跳離方式使小車獲得的速度一樣大D.A項(xiàng)兩種跳離方式使小車獲得的速度不相等,但無(wú)法比較哪種跳法小車獲得的速度大C3.(多選)如圖，質(zhì)量為m的人站在質(zhì)量為M的車的一端，m>M，車相對(duì)于地面靜止。在人由一端走到另一端的過程中，人重心高度不變，空氣阻力、車與地面間的摩擦力均可以忽略不計(jì)（）A．人對(duì)車的沖量大小大于車對(duì)人的沖量大小B．人發(fā)生的位移大小大于車發(fā)生的位移大小C．人運(yùn)動(dòng)越快，人和車的總動(dòng)量越大D．不管