1.6 反冲现象 火箭 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 1.6反冲现象 火箭 教学目标 1、理解反冲现象定义，掌握系统内力与动量守恒关系​ 2、熟知火箭箭体结构、推进系统、控制系统等构造及功能​ 3、掌握火箭利用反冲原理产生推力实现运动的工作机制，并能用动量守恒定律分析其速度、推力​ 4、了解火箭在航天、军事等领域应用及不同类型火箭特点 问题？ 你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗？它们先把水吸入体腔，然后用力压水，通过身体前面的孔将水喷出，使身体很快地运动。章鱼能够调整喷水的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。章鱼游动时体现了什么物理原理？ 引入 反冲现象 发射炮弹时，炮弹从炮筒中飞出，炮身则向后退。这种情况由于系统内力很大，外力可忽略，可用动量守恒定律来解释。射击前，炮弹静止在炮筒中，它们的总动量为0。炮弹射出后以很大的速度向前运动，根据动量守恒定律，炮身必将向后运动。只是由于炮身的质量远大于炮弹的质量，所以炮身向后的速度很小。炮身的这种后退运动叫作反冲 反冲现象 在实际中常常需要考虑反冲现象的影响。用枪射击时， 子弹向前飞去，枪身发生反冲向后运动。枪身的反冲会影响射击的准确性，所以用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响。实际生产、生活中应用反冲现象的例子也很多，例如，农田、园林的喷灌装置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。这样可以自动改变水的方向。 做一做 1.把一个气球吹起来，用手捏住气球的通气口（图1.6-2甲），然后突然放开，让气体喷出，观察气球的运动。 做一做 2.如图1.6-2乙，把弯管装在可旋转的盛水容器的下部。当水从弯管流出时，容器就旋转起来。 火箭 我国早在宋代就发明了火箭（图1.6-3）。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。 喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理，它们都靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度。现代的喷气式飞机，靠连续不断地向后喷出气体，飞行速度能够超过1 000 m/s。 火箭 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（图1.6-4）。 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？ 推理总结 上面“思考与讨论”中所描述的情境与火箭发射的原理大致相同。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。 推理总结 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 解出 ∆v＝-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。 练习与应用 1.长征五号火箭在我国探月、探火工程中发挥了巨大作用（图1.6-7）。当火箭的飞行速度是8000 m/s时，如果它喷出的气体相对火箭的速度小于8000 m/s，那么以地面为参考系，气体的速度方向实际上是与火箭飞行的方向相同的。如果在这种情况下继续喷出气体，火箭的速度还会增加吗？为什么？ 练习与应用 2.一个连同装备共有100 kg的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船45 m的位置与飞船处于相对静止的状态（图1.6-8）。装备中有一个高压气源，能以50 m/s的速度喷出气体。航天员为了能在10 min内返回飞船，他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体？ 练习与应用 3.用火箭发射人造地球卫星，假设最后一级火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以7.0×103 m/s的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为500 kg，最后一级火箭壳体的质量为100 kg。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为1.8×103 m/s。试分析计算：分离后卫星的速度增加到多大？火箭壳体的速度是多大？分离后它们将如何运动？ 练习与应用 4. 一个士兵坐在皮划艇上，他连同装备和皮划艇的总质量是120 kg。这个士兵用自动步枪在2 s 内沿水平方向连续射出10 发子弹，每发子弹的质量是10 g，子弹离开枪口时相对步枪的速度是800 m/s。射击前皮划艇是静止的，不考虑水的阻力。 （1）每次射击后皮划艇的速度改变多少？ （2）连续射击后皮划艇的速度是多大？ （3）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？ $$