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(共40张PPT)
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
第一章 动量守恒定律
1.6 反冲现象 火箭
授课人：扬帆起航
CONTENTS
04
目录
03
01
02
反 冲 现 象
反冲的应用与防止
火 箭
人 船 模 型
力学角度：
动量角度：
当向前喷气的时候，为什么小车会往后运动？
气球里面的气体向左喷出，装置给被喷出的气体一个往左的力，根据牛顿第三定律，被喷出的气体会给小车一个向右的作用力。
小实验
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，所以气体向前喷出时，小车必然往后运动。
反冲现象 火箭
01
反冲现象
熟悉反冲的定义，了解生活中与反冲有关的例子，并结合动量的知识进行分析解释。
一、反冲运动
1、定义：一个静止（或运动）的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反方向运动。这个现象叫做反冲。
要点： （1）内力作用下
（2）一个物体分为两个部分
（3）两部分运动方向相反
2.特点：
在反冲运动中，系统的合外力一般不为零；但内力远大于外力，可认为反冲运动中系统动量是守恒的。
3. 物理原理：
作用前：P = 0
作用后: P' = m1 v1 - m 2v2
则根据动量守恒定律有： P' = P
即 m1 v1 - m 2v2 = 0 故有：v2 = ( m1 / m2 ) v1
负号就表示作用后的两部分运动方向相反
遵循动量守恒定律
燃放的礼花
喷气式飞机
冲浪
射击
02
反冲的应用与防止
学会从动量和反冲的角度解释生活中的一些现象，知道如何利用和防止反冲的作用。
反冲现象 火箭
灌溉喷水器是利用反冲原理设计的一种自动灌溉装置，转动方向与水的喷射方向相反,水的前进导致管的后退，弯管就旋转起来。
灌溉喷水器
反冲的应用
农田、园林的灌溉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，这样可以自动改变喷水的方向。
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）。
喷气式飞机
反冲的应用
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。
大炮止退犁
反冲的防止
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。
步枪射击
反冲的防止
例：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=m v -M v'
v' = ( m / M ) v
=[(0.02÷8) x1000]m/s
=2.5m/s
03
火 箭
从动量守恒的角度分析火箭发射的原理，掌握影响火箭速度的两大因素，注意变质量问题和相对速度。
反冲现象 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。
古代的火 箭
二、火箭
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。
现代的火箭
思考：
火箭最终获得速度由什么决定呢？
反冲
速度
M-m
V0
正方向
V=？
m
例题：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？
解：在火箭发射过程中，内力远大于外力，所以动量守恒。
设火箭的速度方向为正方向，
由动量守恒得：0= mV -（M-m)V0
结论：决定火箭最大飞行速度的因素：
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。
火箭起飞前的质量
燃料燃尽后的火箭壳质量
质量比
影响火箭飞行速度的主要因素是什么呢？
1、燃气喷射的速度
如何提高火箭燃气的喷射速度？
2、 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）。
答：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。
注：目前的技术条件下，火箭的质量比在6-10 左右
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
火箭喷气速度在2000---4000m/s，近期内难以大幅度提高，所以，要提高火箭的速度，需要在减轻火箭本身质量上面下功夫。
苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出多级火箭的概念
把火箭一级一级接在一起，第一级燃料用完后把箭体抛弃，减轻负担，然后第二级开始工作，一级一级连续工作，理论上火箭速度可以提的很高。
实际应用中一般不会超过4级，因为级数太多时，连接机构和控制机构的质量会增加很多，工作的可靠性也会降低。
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。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。
一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气体离开发动机时喷出的速度v＝1000 m/s，设火箭质量M＝300 kg，发动机每秒喷气20次，求：
(1)当第三次气体喷出后，火箭的速度多大？
(2)运动第1 s末，火箭的速度多大？
反冲运动中的变质量问题
三、动量守恒定律中的相对速度——参考系变化
v人地= v人车＋ v车地
★特别注意：
本式为矢量式，规定正方向后务必带入相应正负号。
动量守恒定律中的相对速度
例：总质量为M的火箭以速度v0飞行，质量为m的燃料相对于火箭以速度u向后喷出，则火箭的速度大小为(　　)
A．v0＋mu/M B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m)
分析：1.设向前为正方向。燃料相对地速度V1=V-u
2.喷射前后火箭、燃料系统动量守恒
MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
A
例：如图所示，装甲车和其中炮弹的总质量为M，正沿轨道向右匀速行驶，其速度为v0，发射一枚质量为m的炮弹后，装甲车的速度变为v，仍向右行驶．若不计轨道的摩擦，求炮弹射出炮口时相对于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
解析：设相对炮口速度为u,则对地速度为u+v.
动量守恒：MV0=(M-m)v+m(u+v)
则u=M(v0-v)/m
04
人船模型
掌握人船模型的分析思路，学会灵活运用人船模型的结论解决一些具体的问题。
反冲现象 火箭
例：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？
S2
S1
三、平均动量守恒——人船模型
条件: 系统动量守衡且系统初动量为零.
结论: 人船对地位移为将二者相对位移按质量反比分配关系
处理方法: 利用系统动量守衡的瞬时性和物体间作用的
等时性,求解每个物体的对地位移.
m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t
m s1 = M s2 ---------------- ①
s1 + s2 = L -----------②
S2
S1
m
M
解决“人船模型”问题
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.
则v1/v2=M/m,任意时刻速度与质量成反比。
5.人船位移关系：
mx1-MX2=0, 则x1/x2=M/m。
x1+x2=L L----船的长度
则：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
v1
v2
x1
x2
L
M
m
总结：人船模型
练习： 质量为m的人站在质量为M，长为L的静止小船的右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时，船左端离岸多远？
l2 l1
解：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动量始终为零，所以人、船动量大小始终相等。从图中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。设人、船位移大小分别为l1、l2 ，则：mv1=Mv2，两边同乘时间t，ml1=Ml2，
而l 1+l 2=L，
∴
应该注意到：此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。
练习1：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
S
H
拓展应用
由系统动量守恒：
mv1＝Mv2
则 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
如图所示，在光滑水平面上有一小车，小车上固定一竖直杆，总质量为M，杆顶系一长为 l 的轻绳，绳另一端系一质量为m的小球，绳被水平拉直处于静止状态，小球处于最右端。将小球由静止释放，重力加速度为g，求小球摆到最低点时小车向右移动的距离。
练习2
解：当小球到达最低点时，设小球向左移动的距离为s1，小车向右移动的距离为s2，根据动量守恒有：
ms1=Ms2，s1＋s2=l
解得：
水平方向动量守恒
【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

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