高级中学人教版高中物理选修3-5第十六章第5节反冲运动-火箭课件.ppt

1、 履带式自行榴弹炮炮车后面为什么装有止退犁？履带表面为什么有履带式自行榴弹炮炮车后面为什么装有止退犁？履带表面为什么有较深的突起抓地钩型设计？较深的突起抓地钩型设计？思 考 与 讨 论思 考 与 讨 论 你知道章鱼、乌贼怎样游水吗？它们先把水吸入体腔，然你知道章鱼、乌贼怎样游水吗？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。章鱼能够调整自己的喷水口的方向，这样可以使得身体动。章鱼能够调整自己的喷水口的方向，这样可以使得身体向任意方向前进。向任意方向前进。你认为章鱼游水时应用了什么物理原理？你认为章鱼游水时应用

2、了什么物理原理？16.5 反冲运动反冲运动 火箭火箭一一、反冲运动反冲运动一一、反冲运动反冲运动1.定义：定义：一一、反冲运动反冲运动1.定义：如果一个静止的物体在定义：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一内力的作用下分裂为两部分，一部分向某一方向运动，另一部分部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现必然向相反的方向运动，这个现象叫做反冲运动。象叫做反冲运动。2.特特 点：点：2.特特 点：点：a.物体间相互作用突然发生，时间短，物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。作用强。2.特特 点：点：a.物体间相互作用突然发生，时间短，物体间相互作用突然发生，时间短，作用

3、强。作用强。b.物体系所受外力一物体系所受外力一 般不为零，但远般不为零，但远远小于内力。远小于内力。2.特特 点：点：3.原原 理：理：a.物体间相互作用突然发生，时间短，物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。作用强。b.物体系所受外力一物体系所受外力一 般不为零，但远般不为零，但远远小于内力。远小于内力。2.特特 点：点：3.原原 理：理：a.物体间相互作用突然发生，时间短，物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。作用强。b.物体系所受外力一物体系所受外力一 般不为零，但远般不为零，但远远小于内力。远小于内力。遵循动量守恒定律遵循动量守恒定律2.特特 点：点：3.原原 理：理：a.物体间

4、相互作用突然发生，时间短，物体间相互作用突然发生，时间短，作用强。作用强。b.物体系所受外力一物体系所受外力一 般不为零，但远般不为零，但远远小于内力。远小于内力。遵循动量守恒定律遵循动量守恒定律作用前：作用前：P =0作用后作用后:P=m v+M V则根据动量守恒定律有：则根据动量守恒定律有：P=P即即 m v+M V=0 故有：故有：V=(m/M)v负号就表示作用后的两部分运动方向相反负号就表示作用后的两部分运动方向相反机关枪重机关枪重8Kg，射出的子弹质量为，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后，则机枪的后退速度是多少？退速度是多少？练一

5、练：练一练：分析：分析：在水平方向火药的爆炸力远大于在水平方向火药的爆炸力远大于此瞬间机枪受的外力（枪手的托力），故此瞬间机枪受的外力（枪手的托力），故可认为在水平方向系统动量守恒：即子弹可认为在水平方向系统动量守恒：即子弹向前的动量等于机枪向后的动量，总动量向前的动量等于机枪向后的动量，总动量保持保持“零零”值不变。值不变。机关枪重机关枪重8Kg，射出的子弹质量为，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为若子弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后，则机枪的后退速度是多少？退速度是多少？练一练：练一练：机关枪重机关枪重8Kg，射出的子弹质量为，射出的子弹质量为20g，若子弹的出口速度为若子

6、弹的出口速度为1000m/s，则机枪的后，则机枪的后退速度是多少？退速度是多少？正确答案正确答案：2.5m/s分析：分析：在水平方向火药的爆炸力远大于在水平方向火药的爆炸力远大于此瞬间机枪受的外力（枪手的托力），故此瞬间机枪受的外力（枪手的托力），故可认为在水平方向系统动量守恒：即子弹可认为在水平方向系统动量守恒：即子弹向前的动量等于机枪向后的动量，总动量向前的动量等于机枪向后的动量，总动量保持保持“零零”值不变。值不变。练一练：练一练：4.反冲运动的应用和防止：反冲运动的应用和防止：4.反冲运动的应用和防止：反冲运动的应用和防止：应用：应用：1.反击式水轮机；反击式水轮机；4.反冲运动的应用

7、和防止：反冲运动的应用和防止：应用：应用：1.反击式水轮机；反击式水轮机；4.反冲运动的应用和防止：反冲运动的应用和防止：应用：应用：2.喷气式飞机；喷气式飞机；1.反击式水轮机；反击式水轮机；4.反冲运动的应用和防止：反冲运动的应用和防止：应用：应用：2.喷气式飞机；喷气式飞机；防止：防止：1.反击式水轮机；反击式水轮机；4.反冲运动的应用和防止：反冲运动的应用和防止：应用：应用：2.喷气式飞机；喷气式飞机；防止：防止：榴榴 弹弹 炮炮反击式水轮机是靠水流的反冲作用旋转的。反击式水轮机是靠水流的反冲作用旋转的。喷气式飞机喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速通过连续不断地向后喷射高速燃气，可以

8、得到超过音速的飞行速度。燃气，可以得到超过音速的飞行速度。喷气式飞机喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速通过连续不断地向后喷射高速燃气，可以得到超过音速的飞行速度。燃气，可以得到超过音速的飞行速度。喷气式飞机喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速通过连续不断地向后喷射高速燃气，可以得到超过音速的飞行速度。燃气，可以得到超过音速的飞行速度。法国法国“幻幻影影”2000中国新型自行榴弹炮中国新型自行榴弹炮中国新型自行榴弹炮中国新型自行榴弹炮1.自行火炮为什么要装在履带式车辆上？自行火炮为什么要装在履带式车辆上？2.车身后的止退犁又是起什么作用的呢？车身后的止退犁又是起什么作用的呢？我国早在宋代就发明

9、了火箭，在箭支上扎个火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，火箭由于燃气以很大的速度向后喷出，火箭由于反冲反冲而向前而向前运动。运动。二二、火火 箭箭 喷气式飞机和火箭的飞行就是利用反冲的原理，喷气式飞机和火箭的飞行就是利用反冲的原理，靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度。靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度。那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与什么有关呢？那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与什么有关呢？假设火箭在时间假设火箭在时间t内喷射燃气的质量是内喷射燃气的质量是m，喷

10、出燃气的速度是，喷出燃气的速度是u，喷出燃气后火箭，喷出燃气后火箭的质量是的质量是m，求火箭获得的速度，求火箭获得的速度v。那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与什么有关呢？在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以动量守恒以动量守恒.发射前的总动量为发射前的总动量为0，发射后的总动量为：，发射后的总动量为：0muvm 假设火箭在时间假设火箭在时间t内喷射燃气的质量是内喷射燃气的质量是m，喷出燃气的速度是，喷出燃气的速度是u，喷出燃气后火箭，喷出燃气后火箭的质量是的质量是m，求火箭获得的速度，求火箭获得的速度v。那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与

11、什么有关呢？在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所在火箭发射过程中，由于内力远大于外力，所以动量守恒以动量守恒.发射前的总动量为发射前的总动量为0，发射后的总动量为：，发射后的总动量为：0muvm 假设火箭在时间假设火箭在时间t内喷射燃气的质量是内喷射燃气的质量是m，喷出燃气的速度是，喷出燃气的速度是u，喷出燃气后火箭，喷出燃气后火箭的质量是的质量是m，求火箭获得的速度，求火箭获得的速度v。解出解出ummv 影响火箭飞行速度的影响火箭飞行速度的因素因素主要有两个：一是主要有两个：一是喷气喷气速度速度，二是，二是质量比质量比（即火箭喷射出来的燃气的质量与（即火箭喷射出来的燃气的质量与与燃料燃尽

12、时火箭的质量之比）。与燃料燃尽时火箭的质量之比）。影响火箭飞行速度的影响火箭飞行速度的因素因素主要有两个：一是主要有两个：一是喷气喷气速度速度，二是，二是质量比质量比（即火箭开始飞行时的质量与燃料（即火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。燃尽时的质量之比）。解决办法：解决办法：1.提高喷气速度，提高喷气速度，这就要这就要使用高质量的燃料，使用高质量的燃料，目目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。影响火箭飞行速度的影响火箭飞行速度的因素因素主要有两个：一是主要有两个：一是喷气喷气速度速度，二是，二是质量比质量比（即火箭开始飞行时的质量与燃料（即

13、火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。燃尽时的质量之比）。解决办法：解决办法：1.提高喷气速度，提高喷气速度，这就要这就要使用高质量的燃料，使用高质量的燃料，目目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。2.提高质量比，提高质量比，即即增大燃气的质量，减轻火箭本增大燃气的质量，减轻火箭本身的质量，身的质量，这一参数一般要小于这一参数一般要小于10，否则火箭结构，否则火箭结构的强度就有问题。的强度就有问题。影响火箭飞行速度的影响火箭飞行速度的因素因素主要有两个：一是主要有两个：一是喷气喷气速度速度，二是，二是质量比质量比（即火箭开始飞行时的质量与燃料

14、（即火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。燃尽时的质量之比）。解决办法：解决办法：1.提高喷气速度，提高喷气速度，这就要这就要使用高质量的燃料，使用高质量的燃料，目目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂。2.提高质量比，提高质量比，即即增大燃气的质量，减轻火箭本增大燃气的质量，减轻火箭本身的质量，身的质量，这一参数一般要小于这一参数一般要小于10，否则火箭结构，否则火箭结构的强度就有问题。的强度就有问题。目前的技术条件下，火箭的质量比在目前的技术条件下，火箭的质量比在610左右，左右，要发射人造卫星，用一级火箭还不能达到所需的速度，要发射人造卫

15、星，用一级火箭还不能达到所需的速度，必须用多级火箭。必须用多级火箭。第一节火箭脱离过程第一节火箭脱离过程 多级火箭由单级火多级火箭由单级火箭组成，发射时先点箭组成，发射时先点燃第一级火箭，燃料燃第一级火箭，燃料用完以后，空壳自动用完以后，空壳自动脱落，然后下一级火脱落，然后下一级火箭开始工作箭开始工作。例：一火箭喷气发动机每次喷出例：一火箭喷气发动机每次喷出m=200 g的气体，的气体，气体离开发动机喷出时对地速度气体离开发动机喷出时对地速度v=1000 m/s，设，设火箭质量火箭质量M=300 kg，发动机每秒喷发，发动机每秒喷发20次。次。求：求：运动第运动第1秒末，火箭的速度多大秒末，火

16、箭的速度多大？答案：答案：13.5 m/s 练习：火箭最初的总质量为练习：火箭最初的总质量为M M，相对于，相对于地面水平飞行的速率为地面水平飞行的速率为v v0 0，若发动机每，若发动机每次喷出的气体质量恒为次喷出的气体质量恒为m m，喷出气体相，喷出气体相对于火箭的速度恒为对于火箭的速度恒为u u，不计空气阻力，不计空气阻力，当第二批气体喷出后，火箭的速度为多当第二批气体喷出后，火箭的速度为多大？大？反冲运动火箭反冲运动火箭反冲反冲运动运动1.1.定义：向气体喷出的反方向定义：向气体喷出的反方向运动运动2.2.原理：动量守恒定律原理：动量守恒定律3.3.常见反冲运动：常见反冲运动：烟花烟花

17、、射击、射击火箭火箭1.1.发展：从宋代开始发展：从宋代开始2.2.原理：动量守恒定律原理：动量守恒定律3.3.速度速度喷气速度：喷气速度：v v质量比质量比m/Mm/M【例例1 1】一静止的质量为一静止的质量为M M的原子核，以相对地的原子核，以相对地的速度的速度v v放射出一质量为放射出一质量为m m的粒子后，原子核剩的粒子后，原子核剩余部分作反冲运动的速度大小为（余部分作反冲运动的速度大小为（）vmmM mMmv vmmM mMv BABDC【例【例2 2】采取下列哪些措施有利于增加喷气式】采取下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度（飞机的飞行速度（）A.A.使喷出的气体速度增大使喷

18、出的气体速度增大 B.B.使喷出的气体温度更高使喷出的气体温度更高C.C.使喷出的气体质量更大使喷出的气体质量更大 D.D.使喷出的气体密度更小使喷出的气体密度更小AC例例3 3：火箭喷气发动机每次喷出：火箭喷气发动机每次喷出m m=200=200g g的气体，的气体，喷出气体相对地的速度喷出气体相对地的速度v v=1000=1000m/sm/s，设火箭初质，设火箭初质量量M M=300=300kgkg，发动机每秒喷气，发动机每秒喷气2020次，在不考虑地次，在不考虑地球引力及空气阻力的情况下，火箭发动机球引力及空气阻力的情况下，火箭发动机1 1秒末秒末的速度是多大？的速度是多大？【解析解析】选火箭和选火箭和1 1秒末喷出的气体为研究对象秒末喷出的气体为研究对象，设火箭，设火箭1 1秒末速度为秒末速度为V V，1 1秒内共喷出质量为秒内共喷出质量为2020m m的气体，选火箭前进方向为正方向，由动的气体，选火箭前进方向为正方向，由动量守恒得量守恒得(M M2020m m)V V-20-20mv mv=0=0 V=13.6m/s