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高中物理 16-5《反冲运动 火箭》精品课件 新人教版选修3-5


高中物理新人教版 选修3- 5系列课件

16.5《反冲运动-火箭》

教学目标
? (一)知识与技能 ? 1.进一步巩固动量守恒定律 ? 2.知道反冲运动和火箭的工作原理,了解反冲运 动的应用 ? 3.了解航天技术的发展和应用 ? (二)过程与方法 ? 理解反冲运动的物理实质,能够运用动量守恒定 律分析、解决有关反冲运动的问题。 ? (三)情感、态度与价值观 ? 培养学生动手动脑的能力,发掘学生探索新知识 的潜能。

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★教学重点 运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质 ★教学难点 动量守恒定律的应用. ★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流。 ★教学用具: 铝箔纸,火柴和支架,反击式水轮机转轮的原理 模型,礼花,有关航天发射、空间站等的录像带 剪辑,投影片,多媒体辅助教学设备 ? ★课时安排 ? 1 课时

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反冲运动 反冲运动的 应用 反冲运动在 现代技术中 的应用

火箭
影响火箭飞行 速度的因素

中国航天事 业的成就

什么样的现象属于反冲运动?
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 的剩余部分将向相反方向运动。 这就是反冲运动。

最早的载人火箭的记 录是明代一名叫万户 的人,他坐在绑有几 十支火箭的椅子上。 手拿两个大风筝,叫 人点燃火箭,想使自 己飞上天去,但他失 败了,而且为此献出 了生命。他的为科学 献身的精神是令人敬 佩和值得我们学习的。

长 征 一 号

如何解决有关反冲运动的问题? 特点:? 物体间相互作用突然发生,时 间短,作用强。物体系无外力 作用或外力远小于内力时,反 冲运动中动量是守恒的。

相关知识介绍:
榴弹炮 反击式水轮机: 火箭

喷气式飞机:

榴弹炮

中国新型自行榴弹炮 ? 火炮被称为“战争之神”。自行火炮起源于第二次世 界大战的“法西斯德国”,当时德国陆军将一种淘汰的 坦克底盘装上大口径榴弹炮装备炮兵,当时它的名称是 :突击炮。

?自行火炮为什么要装在履带式的车辆上呢? ?履带表面有较深的突起抓地钩型设计? 摩擦系数较大,止退。 ?止退犁,看到了吗?止退犁上又有两个液压缓冲器。这一 切都是为了提高火炮的连射时的命中精度而精心设计的。

同学们是不是在电影里看到,火炮在发射时炮管一缩一伸的 运动?有的人称之为:缩头炮。为什么炮管要做这样的运动呢?
我们知道:根据中学物理中的动量守恒定律,火炮在发射炮 弹时,炮身将存在向炮弹发射方向相反的方向运动的趋势。如果 我们将炮身固定住,当然有利于连发的命中精度,但是巨大的反 冲作用就全靠炮身的材料硬度抵消了

这样的结果是火炮的寿命大大减少,这显然是不合理的设计。 因此只有设计一种装置,它可以先允许炮身做反冲运动,并把这 种运动能量储存为弹性势能,等反冲运动结束时,再利用储存的 那部分能量使炮身复位,这就是火炮缓冲器的作用。 火炮中的物理学还多着呐!弹道学、弹头引信解锁原理、光 学瞄准仪、雷达炮瞄等等。。 同学们,一门火炮中的物理现象和解决问题的思路是不是说 明学好物理是多么的重要啊!

火箭

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? 假设火箭发射前的总质量为M,燃 料燃尽后的质量为m,火箭燃气对地的 喷射速度为v1,燃料燃尽后火箭的飞行 速度v为多大?
在火箭发射过程中,由于内力远大于外力, 所以动量守恒.发射前的总动量为 0,发射后的 总动量为 mv ? (M ? m)v1 (以火箭的速度方向为正方向)

由动量守恒得 :

mv ? (M ? m)v1 ? 0

( M ? m)v1 M ?v ? ? ( ? 1)v1 m m

燃料燃尽时火箭获得的最终速度由 M 喷气速度及质量比 共同决定 。
m

影响火箭飞行速度的因素主要有两个,一是燃气 喷射的速度,二是火箭的质量比(即火箭开始飞 行时的质量与燃料燃尽时的质量之比)。 只有在很短时间内,火箭速度的变化非常小,以 地面为参照物喷气的速度可以认为不变的情况下 ,可以近似得出:MV-mv=0 由此可知该时刻火箭的速度: 要提高喷气速度,就要使用高质量的燃料, 目前 常用的液体燃料是液氢,用液氧做氧化剂。 目前 的技术条件下,火箭的质量比在6-10 左右,要发 射人造卫星,用一级火箭还 不能达到所需的速度 ,必须用多级火箭。

运载火箭一般采用液体推进剂,第一、二级多用液氧、煤油 或四氧化二氮、偏二甲肼。末级用液氧、液氢高能推进,称 为低温液体火箭,技术比较复杂,目前只有美国、俄斯、法 国、中国和日本等少数几个国家掌握低温液体火箭技术

目前拥有运载火箭的国家有俄罗斯、美国、法国、英国、中 国、日本、印度和以色列。当今世界上最大的运载火箭是俄 罗斯的“能源”号,它长60米,底部最大直径20米,重3000 多吨,能将120吨的有效载荷送入近地轨道。迄今为止运载 火箭均为一次使用的,成本高。一次发射,少的几千万美元, 多的上亿美元。不能重复使用,资源浪费大。

西昌卫星发射中心

简介
西昌卫星发射中心(XSLC)隶属于中 国卫星发射测控中心(CLTC),主要用于 发射地球同步转移轨道(GTO)卫星。 XSLC位于中国西南部的四川省西昌地区, 其总部设在距发射场65公里的西昌市内。 还可发射太阳同步轨道卫星和低轨道卫 星,目前可以发射长征二号E、长征三号、 长征三号甲、长征三号乙等四种我国自行 研制的运载火箭。

反击式水轮机是大型 水力发电站应用最广 泛的水轮机。它是靠 水流的反冲作用旋转 的。我国早在70年代 就能生产转轮直径 5.5米,质量110吨, 最大功率达30万千瓦 的反击式水轮机。

喷气式飞机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。

法国幻 影”200 0

美国:F16

美国:隐形“117”

例:一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对地速度 v=1000 m/s,设火箭质量M=300 kg,发动机每 秒喷发20次。 求:运动第1秒末,火箭的速度多大 ?

答案:13. 5 m/s


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