反沖運動火箭及習題課

1、第五節(jié)第五節(jié) 反沖運動反沖運動 火箭火箭燃放的禮花火箭噴氣式飛機射擊 以上幾種不同的物體，它們的運動以上幾種不同的物體，它們的運動有什么特點？有什么特點？1.一個物體分成兩個部分2.兩個部分向相反方向運動3.分裂過程的時間極短，作用力非常大一、反沖運動一、反沖運動 一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩部分，一部分向某一方向運功，另一部分必然向相反方向運動。分析：發(fā)生反沖運動時間極短，作用力非常大， 兩部分相互作用的內(nèi)力會遠遠大于外力， 可以認為動量守恒 因此，反沖運動可用動量守恒處理 反沖是生活和生產(chǎn)實踐中常見的一種現(xiàn)象，如何處理反沖運動的問題？例例1機關槍重機關槍重M=8kg，射出的子彈質量

2、，射出的子彈質量m=20克克，若子彈的出口速度若子彈的出口速度是是V0=1000m/s，則機槍的，則機槍的后退速后退速度度V是多少？是多少？smsmMmVv/5 . 2/8100002. 00解：在發(fā)射子彈過程中，內(nèi)力遠大于外力， 所以水平方向動量守恒; 選子彈的速度方向為正方向 發(fā)射前的總動量為0 發(fā)射后的總動量為MV+mVMV+mV0 0 由動量守恒得：由動量守恒得：0=-MV0=-MV+mVmV0 0反沖在許多場合是不利的，反沖在許多場合是不利的，如子彈的射擊如子彈的射擊, ,大炮的發(fā)射，需要減少或大炮的發(fā)射，需要減少或防止反防止反沖的影響沖的影響；但還有許多場合是有利的，恰好是但還有許

3、多場合是有利的，恰好是利用反沖利用反沖，如火箭，禮花，噴氣式飛機。如火箭，禮花，噴氣式飛機。下面我們就來認識一下下面我們就來認識一下反沖的一個重要應用反沖的一個重要應用火箭火箭二、火箭二、火箭現(xiàn)代火箭是指一種靠現(xiàn)代火箭是指一種靠噴射高溫高壓燃氣獲噴射高溫高壓燃氣獲得反作用力向前推進得反作用力向前推進的飛行器其主要用的飛行器其主要用途是途是：利用火箭作為運載工具，例如發(fā)射探測器、常規(guī)彈頭、人造衛(wèi)星和宇宙飛船火箭結構火箭結構主要由殼體和燃料兩大部主要由殼體和燃料兩大部分組成分組成. .火箭燃料燃燒時，火箭燃料燃燒時，從尾部噴出的氣體具有很從尾部噴出的氣體具有很大的動量，根據(jù)動量守恒大的動量，根據(jù)動

4、量守恒定律，火箭獲得等大反向定律，火箭獲得等大反向的動量，因而發(fā)生連續(xù)的的動量，因而發(fā)生連續(xù)的反沖現(xiàn)象，隨著推進劑的反沖現(xiàn)象，隨著推進劑的消耗，火箭的質量逐漸減消耗，火箭的質量逐漸減小，加速度不斷增大，當小，加速度不斷增大，當推進劑燃盡時，火箭即以推進劑燃盡時，火箭即以獲得的速度沿著預定的空獲得的速度沿著預定的空間軌道飛行間軌道飛行例：例：火箭發(fā)射前的總質量為火箭發(fā)射前的總質量為M，燃料全部燃燒完后，燃料全部燃燒完后的質量為的質量為m，火箭燃氣的噴射速度為，火箭燃氣的噴射速度為V0，燃料燃，燃料燃盡后火箭的速度盡后火箭的速度V為多少？為多少？解：在火箭發(fā)射過程中，內(nèi)力遠大于外力，所以動量守恒

5、設火箭的速度方向為正方向 發(fā)射前的總動量為0 發(fā)射后的總動量為（M-m)V0mV 由動量守恒得：0= （M-m)V0mV00) 1(VmMVmmMV問題：影響火箭飛行速度的因素是什么？影響火箭飛行速度的因素是什么？ 影響火箭飛行速度的因素主要有兩個影響火箭飛行速度的因素主要有兩個: 一是燃氣噴射的速度一是燃氣噴射的速度 二是火箭的質量比，即：火箭開始飛行時的二是火箭的質量比，即：火箭開始飛行時的質量與燃料燃盡時的質量之比質量與燃料燃盡時的質量之比提示：發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是提示：發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是7.9Km/s一火箭總質量為一火箭總質量為9t,內(nèi)有燃料內(nèi)有燃料8t，發(fā)射，發(fā)射時噴出的氣

6、體對地速度恒為時噴出的氣體對地速度恒為900m/s，此火箭能達到的最大速度此火箭能達到的最大速度?能否用此能否用此火箭來發(fā)射人造衛(wèi)星火箭來發(fā)射人造衛(wèi)星?(不考慮地球不考慮地球引力和空氣阻力引力和空氣阻力)問題：如何解決衛(wèi)星發(fā)射問題？噴氣的速度 目前常用的液體燃料是液氫，用液氧做目前常用的液體燃料是液氫，用液氧做氧化劑，噴氣速度在氧化劑，噴氣速度在2000m/s2000m/s到到4000m/s4000m/s 質量比 火箭的質量比在火箭的質量比在6-10 6-10 左右，左右，要發(fā)射人造衛(wèi)星，這樣的火箭還不能達到所需的速度要發(fā)射人造衛(wèi)星，這樣的火箭還不能達到所需的速度為了解決這個問題，人們想到了利

7、用多為了解決這個問題，人們想到了利用多級火箭，結構如下頁圖所示級火箭，結構如下頁圖所示演示：神舟演示：神舟7號發(fā)射全程號發(fā)射全程助推器助推器一級火箭一級火箭二級火箭二級火箭整流罩整流罩逃逸塔逃逸塔長征二號長征二號 型運載火箭型運載火箭F有一只長為有一只長為L=3m，質量為，質量為M=120kg的小船停在靜水的小船停在靜水中，一個質量為中，一個質量為m=60kg的人立在船頭，若不計水的的人立在船頭，若不計水的阻力，當人從船頭走到船尾的過程中，船和人對地面阻力，當人從船頭走到船尾的過程中，船和人對地面的位移各是多少？的位移各是多少？船1米人2米總結一、反沖運動1、定義：一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下

8、分裂為兩部分，一部分向某一方向運功，另一部分必然向相反方向運動2、反沖的應用與防止二、火箭1、工作原理：反沖運動2、影響火箭飛行速度的因素：噴氣速度和質量比反沖變式：人船模型及其應用反沖變式：人船模型及其應用【例例1】如圖所示，長為如圖所示，長為l、質量為、質量為M的小船停的小船停在靜水中，一個質量為在靜水中，一個質量為m的人站在船頭，的人站在船頭，若不計水的阻力，當人從船頭走到船尾的若不計水的阻力，當人從船頭走到船尾的過程中，船和人對地面的位移各是多少？過程中，船和人對地面的位移各是多少？1,msLMm2MsLMm【例例2】載人氣球原靜止于高載人氣球原靜止于高h的高空，氣球的高空，氣球質量為

9、質量為M，人的質量為，人的質量為m若人沿繩梯滑至若人沿繩梯滑至地面，則繩梯至少為多長？地面，則繩梯至少為多長？由圖由圖415可看出，氣球對地可看出，氣球對地移動的平均速度為（移動的平均速度為（lh）/t，人對地移動的平均速度為人對地移動的平均速度為h/t（以向上為正方向）由動量（以向上為正方向）由動量守恒定律，有守恒定律，有 M（lh）/tm h/t=0【例例3】如圖所示，一質量為如圖所示，一質量為ml的半圓槽體的半圓槽體A，A槽內(nèi)外皆光滑，將槽內(nèi)外皆光滑，將A置于光滑水平面上，置于光滑水平面上，槽半徑為槽半徑為R.現(xiàn)有一質量為現(xiàn)有一質量為m2的光滑小球的光滑小球B由靜止沿槽頂滑下，設由靜止沿

10、槽頂滑下，設A和和B均為彈性體，均為彈性體，且不計空氣阻力，求槽體且不計空氣阻力，求槽體A向一側滑動的最向一側滑動的最大距離大距離 解析解析:系統(tǒng)在水平方向上動量守恒系統(tǒng)在水平方向上動量守恒,當小球運當小球運動到糟的最右端時動到糟的最右端時,糟向左運動的最大距離糟向左運動的最大距離設為設為s1,則則m1s1=m2s2,又因為又因為s1s2=2R,所所以以21122msRmm例例4： 某人在一只靜止于水面的小船某人在一只靜止于水面的小船上練習射擊，船、人、槍、靶、子彈上練習射擊，船、人、槍、靶、子彈的總質量為的總質量為M，槍內(nèi)有，槍內(nèi)有n顆子彈，每顆子彈，每顆子彈質量為顆子彈質量為m，槍口到靶的

11、距離為，槍口到靶的距離為l,子彈射出時相對于地速度為子彈射出時相對于地速度為 v, 在發(fā)在發(fā)射后一顆子彈時，前一顆已陷入靶中，射后一顆子彈時，前一顆已陷入靶中，則在發(fā)射完則在發(fā)射完 n顆子彈后小船后退的距顆子彈后小船后退的距離為多少？離為多少？Mnml例例5 5：在沙堆上有一木塊，：在沙堆上有一木塊，M=5K g,M=5K g,木塊上放一木塊上放一爆竹，質量為爆竹，質量為m=0.10Kg,m=0.10Kg,點燃后木塊陷入沙中點燃后木塊陷入沙中5 5 cm,cm,若沙對木塊運動的阻力恒為若沙對木塊運動的阻力恒為58N58N，不計火藥，不計火藥質量和空氣阻力，求爆竹上升的最大高度？質量和空氣阻力，求爆竹上升的最大高度？gvhmvMvMvfsMgs