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§16-5反冲运动---火箭课件(实用)


实 验:
把气球吹满气,猛一松手,会出现什 么情形呢?

§5.6 反冲运动

火箭

一、反冲运动
1. 定义: 一个物体在内力的作用下分裂 为两个部分,一部分向某一方向运 动另一部分必然向相反的方向运动。 这个现象叫做反冲

2. 要 点:
a. 内力作用下 b.一个物体分为两个部分 c.两部分运动方向相反

3. 物理原理: 遵循动量守恒定律
作用前:P = 0 作用后: P' = mv + MV 则根据动量守恒定律有: P' = P 即 mv+MV=0 故有:V = ? ( m / M ) v 负号就表示作用后的两部分运动方向相反

反击式水轮机的转轮

反击式水轮机的蜗壳

2.火箭(应用)
明(公元1368-1644 年)。长108厘米。 在箭支前端缚火药筒, 利用火药向后喷发产 生的反作用力把箭发 射出去。这是世界上 最早的喷射火器。

古代的火箭

现代的火箭

Q:火箭飞行的最大速度是由什么因素决定的? 设火箭发射前的总质量是M,燃料燃尽后的质量 为m,火箭燃气的喷射速度为v,燃料燃尽后火箭 的飞行速度为v′.
答案 在火箭发射过程中,由于内力远大于外力,所以 动量守恒.取火箭的速度方向为正方向,发射前火箭的 总动量为0,则由动量守恒定律得mv'-(M-m)v=0
所以

M ?m ?M ? v' ? v ? ? ? 1?v m ?m ?

M ?m ?M ? v' ? v ? ? ? 1? v m ?m ?
1。 燃气喷射的速度v 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。 2。 火箭的质量比M/m(即火箭开始飞行时的 质量与燃料燃尽时的质量之比)。 注:目前的技术条件下,火箭的质量比在6-10 左右,

Q:为什么多级火箭在发射过程中要将空壳抛掉? 试从理论上加以说明。 火箭在飞行过程中抛掉空壳后,可以使m变 得更小,从而使得质量比增大,进而提高火箭 最终所能获得的速度。

3.武器中的反冲运动
应用

巨浪2 东风15

应用

歼11

止退犁

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。

1。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? 结果: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。 2.我们如何既避免反冲危害又能保证命中精度呢? 我们要设计一种装置,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。这样火炮 既解决了寿命问题又兼顾了连发精度问题,做到 了合理设计。

【例 1】 反冲小车放在水平玻璃上,点燃酒精,水蒸气将橡皮塞 水平喷出, 小车沿相反方向运动. 如果小车的总质量是 M=3 kg, 水平喷出的橡皮塞的质量是 m=0.1 kg. (1)若橡皮塞喷出时获得水平速度 v=2.9 m/s,求小车的反冲速度. (2)若橡皮塞喷出时速度大小不变,方向与水平方向成 60° 角,小 车的反冲速度又是如何?
解析 (1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零,系统总动

量为零.

根据动量守恒定律,mv+(M-m)v′=0 m v′=- v=-0.1 m/s M-m

负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反,反冲速度大小 是 0.1 m/s.

(2)小车和橡皮塞组成的系统水平方向动量守恒.
mvcos 60° +(M-m)v"=0
mvcos 60° v"=- =-0.05 m/s M-m
负号表示小车运动方向与橡皮塞运动的方向相反,反冲速度 大小是 0.05 m/s.

三、人船模型的特点及应用
【例3】 如图2所示,长为L、质量为M的小船停 在静水中,质量为m的人从静止开始从船头走到 船尾,不计水的阻力,求船和人对地面的位移各 为多少?

解析 所以有

设任一时刻人与船速度大小分别为 v1、 v2, 作用前都

静止.因整个过程中动量守恒,

mv1=Mv2

而整个过程中的平均速度大小为 v1 、 v2 , 则有 m v1 =M v2 ,称为平均动量守恒.

两边乘以时间 t 有 m v1 t=M v2 t,即

mx1=Mx2.
且 x1+x2=L, M m 可求出 x1= L;x2= L. m+M m+M

人船模型的特点
1.两物体满足动量守恒定律:m1 v1 -m2 v2 =0. 2.运动特点:人动船 动 ,人静船 静 ,人快船快,人慢船慢, 人左船 右 ;人船位移比等于它们质量的 反比 ;人船平 v1 M x 1 均速度(瞬时速度)比等于它们质量的 反比 ,即 = = . x2 v2 m 3.应用此关系时要注意一个问题:即公式中 v、 v 和 x 一般都 是相对 地 而言的.

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 . 防止:射击时,用肩顶住枪身 1.飞行的原理---利用反冲运动 应用:反击式水轮机、喷气式飞机 、火箭等

火 箭 2.决定火箭最终飞行速度的因素

喷气速度
质量比

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。

例2. 下图为一空间探测器示意图,1,2,3,4,是四个喷气 发动机,1,3,的连线与空间空间固定坐标系的轴平行,2,4,的 连线与轴平行,每台发动机开动时,都能向探测器提供推力,但不 会使探测器转动,开始时,探测器以恒定的速率v向正x方向飞行, 要使探测器该为向正x偏负y60°的方向以原来的速率v平动,则可 ( )
A. 先开动1,适当时间,再开动4,适当时间

B.
C. D.

先开动3,适当时间,再开动2,适当时间
开动4,适当时间 先开动3,适当时间,再开动4,适当时间 y 3 4 1 1

A
x 2

例3: 某人在一只静止于水面的小船 上练习射击,船、人、枪、靶、子弹 的总质量为M,枪内有n颗子弹,每 颗子弹质量为m,枪口到靶的距离为 l,子弹射出时相对于地速度为 v, 在发 射后一颗子弹时,前一颗已陷入靶中, 则在发射完 n颗子弹后小船后退的距 离为多少?

例3:
传送带以V0=2m/s 的速度把质量m=20kg 的行李包送到原来静止的光滑轨道的小车 上,其质量为M=30kg,包与车间的动摩 擦因数为 ? =0.4 ,则包从滑上车到最远 处所经历 的时间为多少?

0.3

v

? 如图所示,质量为 M 的光滑滑块放置在 光滑的水平面上,另一质量 m 的物体以 速度v向上滑去,物体刚好能到达最高点, 求物体到m达最高点的速度?

m v M ?m


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