1.6 反冲现象 火箭 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

人教版物理选择性必修一 第一章 动量守恒定律 第六节 反冲现象 火箭 激趣引入 1.通过视频，你是否可以说明一下乌贼和水母是怎样游动的？ 2.乌贼和水母的游动体现了什么物理原理呢？ 讨论交流 一、反冲现象 1.从力学角度分析一下活塞和小车分别运动的方向为什么是相反的？ 试管里面的蒸汽膨胀喷出，喷出的蒸汽给活塞一个往左的力，根据牛顿第三定律，给小车一个向右的作用力，所以二者运动方向相反。 2.从动量角度分析一下活塞和小车组成的系统是否动量守恒以及二者运动方向为什么相反？ 小车一开始是静止的，初动量为0。由于蒸汽膨胀过程中，可以看到膨胀时的内力远大于外力，可以认为系统动量守恒，活塞和小车所受的冲量大小相等，方向相反，所以活塞向左喷出时，小车必然往右运动。 3.从能量角度分析一下活塞和小车组成的系统机械能如何变化？ 小车一开始是静止的，机械能为0。由于水沸腾，蒸汽膨胀过程中，内能不断增加，最终转化为了活塞和小车的机械能，使得系统机械能增加。 4.通过以上的分析，是否可以总结一下这类运动的特点是什么？ 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叫作反冲． 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 m1v1+ m2v2=0 故有: 负号就表示作用后的两部分运动方向相反. 4.实质：反冲运动是相互作用物体之间的作用力与反作用力产生的效果 ③有其他形式的能转化为机械能，所以系统的总动能增加. (1)速度的方向性：对于原来静止的整体，当被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．在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方向为正方向，则反方向的另一部分的速度就要取负值． 讨论反冲运动应注意的两个问题: (2)速度的相对性：反冲运动的问题中，有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度．但是动量守恒定律中速度是对同一惯性参考系的速度(通常为对地的速度)．因此应先将相对速度转换成对地的速度，再列动量守恒定律方程． 二、反冲现象的应用和防止 灌溉喷水器：能够一边喷水一边旋转，这是因为喷口的朝向略有偏斜，水从喷口喷出时，喷管因反冲而旋转。这样可以自动改变喷水的方向。 反击式水轮机：当水从转轮的叶片中流出时，转轴由于反冲旋转带动发电机发电 喷气式飞机和火箭：靠尾部喷出气流的反冲作用获得很大的速度 水母利用反冲运动 喷气式飞机利用反冲运动 火箭发射 步枪射击：要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响 火炮射击：火炮在打出炮弹的同时炮身会倒退，为了射中目标就需要让火炮回到原来的位置或重新瞄准，这样就浪费了宝贵的时间。现代的火炮都安装上使火炮发射后自动迅速复位的装置或阻退装置 榴弹炮 止退犁 我国早在宋代就发明了火箭，在箭支上扎个火药筒，火药筒的前端是封闭的，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。 喷气方向 火药筒 箭身 1.古代火箭 三、火箭 2.现代火箭 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，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称运载火箭 现代火箭工作原理： 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。 以火箭为参考系： 问题：火箭增加的速度∆v与什么有关？ ①燃气的速度u，一般在2000m/s～5000m/s之间. ②喷出物质的质量与火箭本身质量之比，燃料最多占火箭总重的90%，否则火箭的强度会出现问题. 影响火箭获得速度大小的两个因素： 现代火箭结构 新课讲授 科学漫步：三级运载火箭 现代火箭发动机的喷气速度通常在2000～5000m/s，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫作火箭的质量比。这个参数一般小于10，否则火箭结构的强度就有问题。但是，这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9km/s的速度。 为了解决这个问题，科学家提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，这样一级一级地连起来，理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。 我国自1956年建立了专门的航天研究机构到现在，火箭技术有了长足的发展。截至2017年底，已经完成近300次各种卫星的发射任务，成功地实现了载人航天飞行，并在国际航天市场占有一席之地。我国的火箭技术已经跨入了世界先进行列。 练习