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(共40張PPT)
人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊
第一章 動量守恒定律
1.6 反沖現象 火箭
授課人：揚帆起航
CONTENTS
04
目錄
03
01
02
反 沖 現 象
反沖的應用與防止
火 箭
人 船 模 型
力學角度：
動量角度：
當向前噴氣的時候，為什么小車會往后運動？
氣球里面的氣體向左噴出，裝置給被噴出的氣體一個往左的力，根據牛頓第三定律，被噴出的氣體會給小車一個向右的作用力。
小實驗
小車一開始是靜止的，初動量為0。運動中如果屬于內力遠大于外力的情況，運動過程動量守恒，所以氣體向前噴出時，小車必然往后運動。
反沖現象 火箭
01
反沖現象
熟悉反沖的定義，了解生活中與反沖有關的例子，并結合動量的知識進行分析解釋。
一、反沖運動
1、定義：一個靜止（或運動）的物體在內力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反方向運動。這個現象叫做反沖。
要點： （1）內力作用下
（2）一個物體分為兩個部分
（3）兩部分運動方向相反
2.特點：
在反沖運動中，系統的合外力一般不為零；但內力遠大于外力，可認為反沖運動中系統動量是守恒的。
3. 物理原理：
作用前：P = 0
作用后: P' = m1 v1 - m 2v2
則根據動量守恒定律有： P' = P
即 m1 v1 - m 2v2 = 0 故有：v2 = ( m1 / m2 ) v1
負號就表示作用后的兩部分運動方向相反
遵循動量守恒定律
燃放的禮花
噴氣式飛機
沖浪
射擊
02
反沖的應用與防止
學會從動量和反沖的角度解釋生活中的一些現象，知道如何利用和防止反沖的作用。
反沖現象 火箭
灌溉噴水器是利用反沖原理設計的一種自動灌溉裝置，轉動方向與水的噴射方向相反,水的前進導致管的后退，彎管就旋轉起來。
灌溉噴水器
反沖的應用
農田、園林的灌溉裝置能夠一邊噴水一邊旋轉，這是因為噴口的朝向略有偏斜，水從噴口噴出時，噴管因反沖而旋轉，這樣可以自動改變噴水的方向。
2017年5月5日，中國第一架國產大型噴氣式客機C919順利完成它的首次飛行。C919是商飛公司按照國際標準研發、制造的大型噴氣式民用飛機，最多可以乘坐190人（C919得名的原因之一）。
噴氣式飛機
反沖的應用
中國新型履帶式自行榴彈炮炮車的履帶表面有較深的突起抓地鉤型設計是為了增大摩擦力，止退犁和兩個液壓緩沖器，都是為了在火炮連射時起到“止退”的作用，提高命中精度而精心設計的。
大炮止退犁
反沖的防止
射擊時，子彈向前飛去，由于動量守恒，槍身獲得向后的動量，發生反沖現象，因此肩膀會感到痛。
步槍射擊
反沖的防止
例：機關槍重8Kg，射出的子彈質量為20g，若子彈的出口速度為1000m/s，則機槍的后退速度v’是多大？
解：機槍和子彈這一系統動量守恒，取子彈的速度方向為正方向，由動量守恒定律得：0=m v -M v'
v' = ( m / M ) v
=[(0.02÷8) x1000]m/s
=2.5m/s
03
火 箭
從動量守恒的角度分析火箭發射的原理，掌握影響火箭速度的兩大因素，注意變質量問題和相對速度。
反沖現象 火箭
我國早在宋代就發明了火箭，在箭桿上捆一個前端封閉的火藥筒，火藥點燃后生成的燃氣以很大的速度向后噴出，火箭由于反沖而向前運動。
古代的火 箭
二、火箭
現代火箭較古代火箭結構復雜得多，現代火箭主要由殼體和燃料組成，殼體是圓筒形的，前端是封閉的尖端，后端有尾噴管，燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣從尾噴管迅速噴出，火箭就向前飛去。
現代的火箭
思考：
火箭最終獲得速度由什么決定呢？
反沖
速度
M-m
V0
正方向
V=？
m
例題：火箭發射前的總質量為M，燃料全部燃燒完后的質量為m，火箭燃氣的對地噴射速度為V0，燃料燃盡后火箭的速度V為多大？
解：在火箭發射過程中，內力遠大于外力，所以動量守恒。
設火箭的速度方向為正方向，
由動量守恒得：0= mV -（M-m)V0
結論：決定火箭最大飛行速度的因素：
噴氣速度
質量比
：火箭開始飛行時的質量與燃料燃盡時的質量之比。
火箭起飛前的質量
燃料燃盡后的火箭殼質量
質量比
影響火箭飛行速度的主要因素是什么呢？
1、燃氣噴射的速度
如何提高火箭燃氣的噴射速度？
2、 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）。
答：要提高噴氣速度，就要使用高質量的燃料， 目前常用的液體燃料是液氫，用液氧做氧化劑。
注：目前的技術條件下，火箭的質量比在6-10 左右
1
3
第1級火箭
第2級火箭
第3級火箭
有效負荷
動力系統
制導與控制系統
火箭噴氣速度在2000---4000m/s，近期內難以大幅度提高，所以，要提高火箭的速度，需要在減輕火箭本身質量上面下功夫。
蘇聯科學家齊奧爾科夫斯基提出多級火箭的概念
把火箭一級一級接在一起，第一級燃料用完后把箭體拋棄，減輕負擔，然后第二級開始工作，一級一級連續工作，理論上火箭速度可以提的很高。
實際應用中一般不會超過4級，因為級數太多時，連接機構和控制機構的質量會增加很多，工作的可靠性也會降低。
運載火箭一般采用液體推進劑，第一、二級多用液氧、煤油或四氧化二氮。末級用液氧、液氫高能推進，稱為低溫液體火箭，技術比較復雜，目前只有美國、俄斯、法國、中國和日本等少數幾個國家掌握低溫液體火箭技術
目前擁有運載火箭的國家有俄羅斯、美國、法國、英國、中國、日本、印度和以色列。當今世界上最大的運載火箭是俄羅斯的“能源”號，它長60米，底部最大直徑20米，重3000多噸，能將120噸的有效載荷送入近地軌道。迄今為止運載火箭均為一次使用的，成本高。一次發射，少的幾千萬美元，多的上億美元。不能重復使用，資源浪費大。
一火箭噴氣發動機每次噴出m＝200 g的氣體，氣體離開發動機時噴出的速度v＝1000 m/s，設火箭質量M＝300 kg，發動機每秒噴氣20次，求：
(1)當第三次氣體噴出后，火箭的速度多大？
(2)運動第1 s末，火箭的速度多大？
反沖運動中的變質量問題
三、動量守恒定律中的相對速度——參考系變化
v人地= v人車＋ v車地
★特別注意：
本式為矢量式，規定正方向后務必帶入相應正負號。
動量守恒定律中的相對速度
例：總質量為M的火箭以速度v0飛行，質量為m的燃料相對于火箭以速度u向后噴出，則火箭的速度大小為(　　)
A．v0＋mu/M B．v0－mu/M
C．v0＋(v0＋u) m/(M-m) D．v0＋mu/(M-m)
分析：1.設向前為正方向。燃料相對地速度V1=V-u
2.噴射前后火箭、燃料系統動量守恒
MV0=（M-m)V+m(v-u) , 解得：v= v0＋mu/M
A
例：如圖所示，裝甲車和其中炮彈的總質量為M，正沿軌道向右勻速行駛，其速度為v0，發射一枚質量為m的炮彈后，裝甲車的速度變為v，仍向右行駛．若不計軌道的摩擦，求炮彈射出炮口時相對于炮口的速度是多少？(炮管是水平的)
解析：設相對炮口速度為u,則對地速度為u+v.
動量守恒：MV0=(M-m)v+m(u+v)
則u=M(v0-v)/m
04
人船模型
掌握人船模型的分析思路，學會靈活運用人船模型的結論解決一些具體的問題。
反沖現象 火箭
例：靜止在水面上的小船長為L，質量為M，在船的最右端站有一質量為m的人，不計水的阻力，當人從最右端走到最左端的過程中，小船移動的距離是多大？
S2
S1
三、平均動量守恒——人船模型
條件: 系統動量守衡且系統初動量為零.
結論: 人船對地位移為將二者相對位移按質量反比分配關系
處理方法: 利用系統動量守衡的瞬時性和物體間作用的
等時性,求解每個物體的對地位移.
m v1 = M v2 m v1 t = M v2 t
m s1 = M s2 ---------------- ①
s1 + s2 = L -----------②
S2
S1
m
M
解決“人船模型”問題
1.解前畫出人、船位移草圖
2.運動情況：人走、船行；人停船停；人加速船加速；人減速船減速。
3.原理：動量守恒定律
4.人船速度關系：0=mv1-MV2.
則v1/v2=M/m,任意時刻速度與質量成反比。
5.人船位移關系：
mx1-MX2=0, 則x1/x2=M/m。
x1+x2=L L----船的長度
則：x1=mL/(m+M), x2=ML/(M+m)
v1
v2
x1
x2
L
M
m
總結：人船模型
練習： 質量為m的人站在質量為M，長為L的靜止小船的右端，小船的左端靠在岸邊。當他向左走到船的左端時，船左端離岸多遠？
l2 l1
解：先畫出示意圖。人、船系統動量守恒，總動量始終為零，所以人、船動量大小始終相等。從圖中可以看出，人、船的位移大小之和等于L。設人、船位移大小分別為l1、l2 ，則：mv1=Mv2，兩邊同乘時間t，ml1=Ml2，
而l 1+l 2=L，
∴
應該注意到：此結論與人在船上行走的速度大小無關。不論是勻速行走還是變速行走，甚至往返行走，只要人最終到達船的左端，那么結論都是相同的。
練習1：載人氣球原靜止在高度為H的高空，氣球的質量為M，人的質量為m，現人要沿氣球上的軟繩梯滑至地面，則繩梯至少要多長？
H
S
H
拓展應用
由系統動量守恒：
mv1＝Mv2
則 mH＝Ms，
且 s＋H＝L
L＝(1＋m/M)H
如圖所示，在光滑水平面上有一小車，小車上固定一豎直桿，總質量為M，桿頂系一長為 l 的輕繩，繩另一端系一質量為m的小球，繩被水平拉直處于靜止狀態，小球處于最右端。將小球由靜止釋放，重力加速度為g，求小球擺到最低點時小車向右移動的距離。
練習2
解：當小球到達最低點時，設小球向左移動的距離為s1，小車向右移動的距離為s2，根據動量守恒有：
ms1=Ms2，s1＋s2=l
解得：
水平方向動量守恒
【課堂小結】
反沖運動 火箭
反沖運動
1．定義：靜止或運動的物體分離出一部分物體 ，使另一部分向相反方向運動的現象叫反沖運動。
2．反沖運動中一般遵循動量守恒定律
3．
應用：反擊式水輪機、噴氣式飛機 、火箭等
防止：射擊時，用肩頂住槍身
火箭
1．飛行的原理---利用反沖運動
2．決定火箭最終飛行速度的因素
噴氣速度
質量比

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