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 01 02 03 火箭（第二课时） 知识点 反冲现象（第一课时） “人船模型”（第二课时） 2 观看视频，以下现象体现了什么物理原理？ 新课讲授 发射炮弹模拟实验 分析与讨论： 1.通过刚才的视频，你是否可以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。 分析与讨论： 2.通过刚才的视频，你是否可以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。 分析与讨论： 3.通过刚才的视频，你是否可以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.通过以上三点的分析，你是否可以总结一下这类运动的特点是什么？ 一.反冲运动 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 3.原理: 遵循动量守恒定律 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。 P' = P 即 0=m1v1 + m2v2 故有： 负号就表示作用后的两部分运动方向相反 分析：把气球吹满气，猛一松手，气球是如何实现反冲的，在反冲运动中，能量如何转化? 以上三个实验在讲课的时候都可以用真实的实验来做，并且最好做真实的实验 F M-m m v v’ F’ 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。 新课讲授 4.规律 (1)动力学角度:相互作用的两部分物体内力远大于作用在任意一部分其上他外力，可近似认为任一一部分物体合外力近似等于内力，由于内力很大，任意部分加速很快。 (2)动量角度:相互作用的内力一般情况下远大于外力或在某一方向上内力远大于外力，所以可以用动量守恒定律或在某一方向上应用动量守恒定律来处理。 (3)能量角度: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。 气球里面的气体向后喷出，装置给被喷出的气体一个往右的力，根据牛顿第三定律，被喷出的气体会给小车一个向左的作用力。 小车一开始是静止的，初动量为0。运动中如果属于内力远大于外力的情况，运动过程动量守恒，所以气体向后喷出时，小车必然往前运动。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 应用(1)灌溉喷水 5.反冲的应用与防止 灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，水从喷口喷出时，喷管因反冲而旋转，转动方向与水的喷射方向相反,这样可以自动改变喷水的方向。 应用(2)水上极限运动 水上滑行能让你在水底潜行，并向海豚一般跃出水面，激起层层浪花，它动作如钢铁侠一般带劲!通过喷射装置产生的巨大推动力，并将上升高度提升至接近10米甚至更高，让你领略高于一切的海岸新视角! 应用(3)喷气飞机 2017年5月5日，中国第一架国产大型喷气式客机C919顺利完成它的首次飞行。C919是商飞公司按照国际标准研发、制造的大型喷气式民用飞机，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。 防止1 用步枪射击时要把枪身抵在肩部，以减少反冲的影响 射击时，子弹向前飞去，由于动量守恒，枪身获得向后的动量，发生反冲现象，因此肩膀会感到痛。 中国新型履带式自行榴弹炮炮车的履带表面有较深的突起抓地钩型设计是为了增大摩擦力，止退犁和两个液压缓冲器，都是为了在火炮连射时起到“止退”的作用，提高命中精度而精心设计的。 防止2 大炮止退犁 课堂小结 反冲运动 火箭 反冲运动 1．定义：静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。 2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律 3． 应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等 防止：射击时，用肩顶住枪身 练习：机关枪重8Kg，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后退速度v’是多大？ 解：机枪和子弹这一系统动量守恒，取子弹的速度方向为正方向 由动量守恒定律得 0 = mv -Mv’ v’ = ( m / M ) v = (0.02÷8) × 1000 = 2.5m/s 二.火箭 1.古代火箭 我国早在宋代就发明了火箭，在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒，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。 现代火箭较古代火箭结构复杂得多，现代火箭主要由壳体和燃料组成，壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭就向前飞去。 2.现代火箭 思考：现代火箭原理与古代火箭相同，你知道火箭最终获得速度由什么决定呢？ 火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后的质量为m，火箭燃气的对地喷射速度为v0，燃料燃尽后火箭的速度v为多大？ v0 正方向 v=？ 设火箭的速度方向为正方向 0= mv -(M-m)v0 解：在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。 m M-m 由动量守恒得： 喷气速度 质量比：火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比 3.决定火箭飞行最大速度的因素 火箭起飞前的质量 燃料燃尽后的火箭壳质量 如果让你设计一枚火箭，你该如何让火箭获得更大的速度？ 提高火箭质量比 多级火箭能及时把空壳抛掉，使火箭的总质量减少，因而能够达到很高的速度，但火箭的级数不是越多越好，级数越多构造越复杂，工作的可靠性越差，目前多级火箭一般都是三级。火箭的质量比在6～10左右。 提高喷气的速度：目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在2000m/s到5000m/s 。 1 3 第1级火箭 第2级火箭 第3级火箭 有效负荷 动力系统 制导与控制系统 科学漫步 火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000 m/s，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次 1.当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？ 2.运动第1s末，火箭的速度多大？ 解：火箭发射，内力远大于外力，动量守恒。设火箭的速度方向为正方向 第一次喷出火箭速度v1 第二次喷出火箭速度v2 第三次喷出火箭速度v3 依次类推，第n次气体碰出，喷出火箭速度vn 每秒喷气20次,1s末火箭速度 方法二：选整体为研究对象 (1)以火箭和喷出的三次气体为研究对象 (2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象 静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？ 三.人船模型 S船 S人 v1 v2 人走到船尾时，有： 船长L 人和船系统动量守衡，初动量为零，人行走方向为正 人船相对地面位移，将二者相对位移按质量反比分配关系 1.解前画出人、船位移草图 2.运动情况： 人走、船行；人停船停； 人加速船加速；人减速船减速。 3.原理：动量守恒定律 4.人船速度关系：0=mv1-Mv2, v1/v2=M/m,任意时刻速度与质量成反比。 5.人船位移关系： mS人=MS船 S人/S船 =M/m S人+S船 =L L----船的长度 则：S人=ML/(m+M), S船 =mL/(M+m) 总结：人船模型 S船 S人 v1 v2 船长L 练习：载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？ H H H S 竖直方向系统动量守恒，向下为正方向 0=mv1-Mv2 mv1=Mv2 mH＝Ms s＝mH/M s＋H＝L L＝mH/M+H=(1＋m/M)H 课堂小结 反冲运动 火箭 反冲运动 1．定义：静止或运动的物体分离出一部分物体 ，使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动。 2．反冲运动中一般遵循动量守恒定律 3． 应用：反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等 防止：射击时，用肩顶住枪身 火箭 1．飞行的原理---利用反冲运动 2．决定火箭最终飞行速度的因素 喷气速度 质量比 Lavf58.29.100 Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.38(fixed_gap:False) Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.67 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 $$