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反沖現(xiàn)象

火箭人教版（2019）物理（選擇性必修

第一冊）第一章

動(dòng)量守恒定律目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05正確教育素養(yǎng)目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識反沖運(yùn)動(dòng)，能舉出反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí)例，知道火箭的發(fā)射式反沖現(xiàn)象

2.能結(jié)合動(dòng)量守恒定律對常見的反沖現(xiàn)象作出解釋3.了解我國航天事業(yè)的巨大成就，增強(qiáng)對我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的自信你知道章魚、烏賊怎樣游水嗎？

它們先把水吸入體腔，然后用力壓水，通過身體前面的孔將水噴出，使身體很快地運(yùn)動(dòng)。章魚能夠調(diào)整自己的噴水口的方向，這樣可以使得身體向任意方向前進(jìn)。你認(rèn)為章魚游水時(shí)應(yīng)用了什么物理原理嗎？如何解釋呢？思考視頻演示：烏賊游水正確教育反沖現(xiàn)象

發(fā)射炮彈時(shí)，炮彈從炮筒中飛出，炮身則向后退。這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)力很大，外力可忽略，可用動(dòng)量守恒定律來解釋。射擊前，炮彈靜止在炮筒中，它們的總動(dòng)量為0。炮彈射出后以很大的速度向前運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，炮身必將向后運(yùn)動(dòng)。只是由于炮身的質(zhì)量遠(yuǎn)大于炮彈的質(zhì)量，所以炮身向后的速度很小。炮身的這種后退運(yùn)動(dòng)叫作反沖(recoil)。1.反沖現(xiàn)象:系統(tǒng)在內(nèi)力作用下，當(dāng)一部分向某一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，剩余部分沿相反方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2.反沖原理反沖運(yùn)動(dòng)的基本原理是動(dòng)量守恒定律，如果系統(tǒng)的一部分獲得了某一方向的動(dòng)量，系統(tǒng)的其他部分就會在這一方向的反方向上獲得同樣大小的動(dòng)量．3.公式若系統(tǒng)的初始動(dòng)量為零，則動(dòng)量守恒定律的形式變?yōu)?＝m1v1＋m2v2，此式表明，做反沖運(yùn)動(dòng)的兩部分的動(dòng)量大小相等、方向相反，而它們的速率與質(zhì)量成反比．（1）物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)。（2）反沖運(yùn)動(dòng)和碰撞、爆炸有相似之處，相互作用力常為變力，且作用力大，一般都滿足內(nèi)力>>外力，所以反沖運(yùn)動(dòng)可用動(dòng)量守恒定律來處理。（3）反沖中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加。4.特點(diǎn)5.應(yīng)用

在實(shí)際中常常需要考慮反沖現(xiàn)象的影響。用槍射擊時(shí)子彈向前飛去，槍身發(fā)生反沖向后運(yùn)動(dòng)。槍身的反沖會影響射擊的準(zhǔn)確性，所以用步槍射擊時(shí)要把槍身抵在肩部以減少反沖的影響。

實(shí)際生產(chǎn)、生活中應(yīng)用反沖現(xiàn)象的例子也很多，例如，農(nóng)田、園林的噴灌裝置能夠一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)閲娍诘某蚵杂衅?，水從噴口噴出時(shí)，噴管因反沖而旋轉(zhuǎn)。這樣可以自動(dòng)改變噴水的方向。噴灌裝置

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(shè)計(jì)是為了增大摩擦力，止退犁和兩個(gè)液壓緩沖器，都是為了在火炮連射時(shí)起到“止退”的作用，提高命中精度而精心設(shè)計(jì)的。海上沖水是利用反沖原理設(shè)計(jì)的一種游玩項(xiàng)目

把一個(gè)氣球吹起來，用手捏住氣球的通氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，觀察氣球的運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)象：通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣球口朝下，氣球往上飛，氣球口朝上，氣球往下飛。思考：如何解釋剛才的現(xiàn)象呢？氣球向一個(gè)方向噴氣時(shí)，就會受到一個(gè)相反方向的力，而向相反方向運(yùn)動(dòng)，這是反沖現(xiàn)象。思考：氣球噴氣會受到一個(gè)相反方向力的作用向相反方向運(yùn)動(dòng)，如果噴出的不是氣，而是液體像水，會怎樣呢？

把一個(gè)氣球吹起來，用手捏住氣球的通氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，觀察氣球的運(yùn)動(dòng)。

如圖1.6-2乙，把彎管裝在可旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部。當(dāng)水從彎管流出時(shí)容器就旋轉(zhuǎn)起來。視頻演示：反沖現(xiàn)象反沖現(xiàn)象的本質(zhì)系統(tǒng)機(jī)械能不守恒、系統(tǒng)動(dòng)量守恒。討論反沖運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的兩個(gè)問題(1)速度的反向性

對于原來靜止的物體，被拋出部分具有速度時(shí)，剩余部分的運(yùn)動(dòng)方向與被拋出部分必然相反。(2)速度的相對性。一般都指對地速度。正確教育火箭

現(xiàn)代火箭較古代火箭結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，現(xiàn)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(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵?，火箭就向前飛去?，F(xiàn)代的火箭

我國宋代就發(fā)明了火箭，火箭上扎一個(gè)火藥筒，火藥筒的前端是封閉的，火藥點(diǎn)燃后火箭由于反沖向前運(yùn)動(dòng)。三級火箭根據(jù)v=(－1)v1

火箭的最終速度主要取決于兩個(gè)條件：一是噴氣速度；二是質(zhì)量比，即火箭開始飛行時(shí)的質(zhì)量與燃料燃盡時(shí)的質(zhì)量之比.我國采用多級火箭方案,逐級減輕火箭本身質(zhì)量，提高火箭速度.如圖所示為多級火箭結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)射時(shí)先點(diǎn)燃第一級火箭，燃料用完后，空殼自動(dòng)脫落，然后下級火箭開始工作，多級火箭能及時(shí)把空殼拋掉，使總質(zhì)量減少，從而達(dá)到很高的速度。若某三級火箭的運(yùn)載物質(zhì)量為M，每一級火箭的燃料及空殼質(zhì)量為m，燃料相對運(yùn)載物速率為v0，求：(1)若三級火箭一次把燃料噴完，運(yùn)載物獲得的速度大??；若三級火箭一次把燃料噴完，運(yùn)載物獲得速度為v。由動(dòng)量守恒定律得：Mv＋3m(－v0＋v)＝0得(2)若三級火箭逐漸向后噴氣，運(yùn)載物最終獲得的速度大?。蝗羧壔鸺饾u向后噴氣，運(yùn)載物獲得的速度依次為v1、v2、v3，由動(dòng)量守恒定律得：第一級火箭噴完時(shí)：(3)試通過計(jì)算說明：火箭不是一次把燃?xì)鈬娡甓侵饾u向后噴氣以獲得更大反沖速度的道理。答案見解析所以v3>v，即分次噴出時(shí)可使火箭獲得更大速度。

多級火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級火箭燃燒結(jié)束后，便自動(dòng)脫落，接著第二級、第三級依次工作，燃燒結(jié)束后自動(dòng)脫落，這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量，減輕負(fù)擔(dān)．目前多級火箭一般都是三級火箭，因?yàn)槿壔鸺苓_(dá)到目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求．而且級數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并難以控制。

由于受重力的影響，單級火箭達(dá)不到發(fā)射人造地球衛(wèi)星所需要的7.9km/s，實(shí)際火箭為多級。

多級火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級火箭燃燒結(jié)束后，便自動(dòng)脫落，接著第二級、第三級依次工作，燃燒結(jié)束后自動(dòng)脫落，這樣可以不斷地減小火箭殼體的質(zhì)量，減輕負(fù)擔(dān)，使火箭達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用同樣多的燃料的一級火箭所能達(dá)到的速度。目前多級火箭一般都是三級火箭，因?yàn)槿壔鸺苓_(dá)到目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求。1.火箭的級數(shù)不是越多越好。級數(shù)越多，構(gòu)造越復(fù)雜，工作的可靠性和安全性就越差，一般多級火箭都是三級火箭。2．現(xiàn)代火箭的噴氣速度在2000—4000m/s火箭類問題的三點(diǎn)提醒(1)火箭在運(yùn)動(dòng)過程中，隨著燃料的燃燒，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，故在應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)，必須取在同一相互作用時(shí)間內(nèi)的火箭和噴出的氣體為研究對象。注意反沖前、后各物體質(zhì)量的變化。(2)明確兩部分物體初、末狀態(tài)的速度的參考系是否為同一參考系，如果不是同一參考系要設(shè)法予以調(diào)整，一般情況要轉(zhuǎn)換成對地的速度。(3)列方程時(shí)要注意初、末狀態(tài)動(dòng)量的方向。日本-M系列美國-大力神號俄羅斯—能源號歐洲—阿麗亞娜長征系列中國課后習(xí)題1.一架噴氣式飛機(jī)飛行的速度是800m/s，如果它噴出的氣體相對飛機(jī)的速度小于800m/s，那么以地面為參考系，氣體的速度方向?qū)嶋H上是與飛機(jī)飛行的方向相同的。如果在這種情況下繼續(xù)噴出氣體，飛機(jī)的速度還會增加嗎?為什么?解：飛機(jī)的速度還會增加.

課后習(xí)題2.一個(gè)連同裝備共有100kg的航天員，脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對靜止的狀態(tài)(圖1.6-8)。裝備中有一個(gè)高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10min內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出多少氣體?解：設(shè)航天員連同裝備的總質(zhì)量為M＝100kg，x＝45m，v0＝50m/s，t＝600s，

3.用火箭發(fā)射人造地球衛(wèi)星，假設(shè)最后一級火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以7.0×103m/s的速度繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知衛(wèi)星的質(zhì)量為500kg，最后一級火箭殼體的質(zhì)量為100kg。某時(shí)刻火箭殼體與衛(wèi)星分離，分離時(shí)衛(wèi)星與火箭殼體沿軌道切線方向的相對速度為1.8×103m/s。試分析計(jì)算：分離后衛(wèi)星的速度增加到多大?火箭殼體的速度是多大?分離后它們將如何運(yùn)動(dòng)?

火箭殼體的速度v2＝v1－v相＝5.5×103m/s分離后，衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑將增大，在高軌道運(yùn)行；而火箭殼體做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑將減小，在低軌道運(yùn)行，若進(jìn)入大氣層，它的運(yùn)行軌道將不斷降低，最后將會在大氣層中燒毀.課后習(xí)題4.一個(gè)士兵坐在皮劃艇上，他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量是120kg。這個(gè)士兵用自動(dòng)步槍在2s內(nèi)沿水平方向連續(xù)射出10發(fā)子彈，每發(fā)子彈的質(zhì)量是10g，子彈離開槍口時(shí)相對步槍的速度是800m/s。射擊前皮劃艇是靜止的，不考慮水的阻力。(1)每次射擊后皮劃艇的速度改變多少?(2)連續(xù)射擊后皮劃艇的速度是多大?(3)連續(xù)射擊時(shí)槍所受到的平均反沖作用力是多大?(1)每次射擊后皮劃艇的速度改變多少?

(2)連續(xù)射擊后皮劃艇的速度是多大?

(3)連續(xù)射擊時(shí)槍所受到的平均反沖作用力是多大?

①

反沖運(yùn)動(dòng)與火箭

（1）反沖運(yùn)動(dòng)

①反沖現(xiàn)象是指一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力作用下分裂成兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象.在反沖現(xiàn)象里，系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的.

②反沖現(xiàn)象的應(yīng)用：噴氣式飛機(jī)、火箭.

（2）爆炸類問題

爆炸類問題可用動(dòng)量守恒定律來求解.在爆炸過程中，有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，系統(tǒng)的動(dòng)能在爆炸后會增加；在碰撞過程中，系統(tǒng)的總動(dòng)能不可能增加，一般會有所減少.1m1v1+m2v2=0，兩部分動(dòng)量大小相等，方向相反相同點(diǎn)：動(dòng)量守恒不同點(diǎn)：爆炸后動(dòng)能增加；彈性碰撞后動(dòng)能不變，非彈性碰撞動(dòng)能減小如圖所示，設(shè)質(zhì)量為M＝2kg的炮彈運(yùn)動(dòng)到空中最高點(diǎn)時(shí)速度為v0，此時(shí)突然炸成兩塊，質(zhì)量為m＝0.5kg的彈頭以速度v1＝100m/s沿v0的方向飛去，另一塊彈片以大小為v2＝20m/s的速度沿v0的反方向飛去。求：(1)v0的大??；答案10m/s規(guī)定v0的方向?yàn)檎较?，爆炸瞬間，彈頭和另一塊彈片組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有Mv0＝mv1－(M－m)v2代入數(shù)據(jù)解得v0＝10m/s。(2)爆炸過程中炮彈增加的動(dòng)能。答案2700J爆炸前炮彈的動(dòng)能為故爆炸過程中炮彈增加的動(dòng)能為ΔEk＝Ek2－Ek1＝2700J。某同學(xué)質(zhì)量為60kg，在軍事訓(xùn)練中要求他從岸上以大小為2m/s的速度跳到一條向他緩緩漂來的小船上，然后去執(zhí)行任務(wù)，小船的質(zhì)量是140kg，原來的速度大小是0.5m/s，該同學(xué)上船后又跑了幾步，最終停在船上（船未與岸相撞），不計(jì)水的