【精品课件】反冲运动火箭课件

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KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
预习交流 1
两位同学在公园里划船,租船的时间将到,他们把小船划向码头。当 小船离码头大约 1.5 m 左右时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳 远的成绩从未低于 2 m,跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳,结果 却掉到了水里(如图),她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢?
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答案:分级火箭有利于提高火箭的最终速度。 假设有两枚火箭,一枚是单级火箭,一枚是两级火箭。第一枚火箭的
发射质量是 2 000 千克,其中装有 1 500 千克的推进剂,则其质量比是 4。 根据速度公式可以算出,它的最终速度可以达到每秒 3 470 米。第二枚 火箭由各重 1 000 千克的两级火箭组成,它们分别装有 750 千克的推进 剂。表面看来后者的总重与推进剂的重量都与前者相同,但效果却显著 不同。由于在使用时,第一级火箭在推进剂燃烧完以后可以把它整个抛 弃,剩下第二级火箭单独前进。所以它的最后质量只有 250 千克,因此它 的质量比是 2 000∶250=8,比第一枚火箭提高了一倍。计算表明,依靠第 一级火箭的推力,可以达到 1 175 米/秒的速度,然后依靠第二级火箭,又 可以进一步把速度提高到 5 200 米/秒,其速度比单级火箭整整快了近 50%。
答案:这位同学与船组成的系统在不考虑水阻力的情况下,所受合 外力为零,在她跳前后遵循动量守恒定律。她在跳出瞬间,船也要向后运 动。
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二、火箭 1.火箭的工作原理 利用反冲运动,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速 喷出时,使火箭获得巨大的速度。 2.影响火箭获得速度大小的因素 (1)喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度约为 2 000~4 000 m/s。 (2)质量比: 指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比。 喷气速度越大,质量比越大,火箭获得的速度越大。
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一、反冲运动 活动与探究
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章鱼
你知道章鱼是怎样游泳的吗?它们先把水吸入体腔,然后用力压水, 通过身体前面的孔将其喷出,从而使身体很快地运动。章鱼能够调整自 己身体喷水口的方向,这样使得身体能够在任意方向上前进。你认为章 鱼的游泳是利用了什么原理?
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一、反冲运动 1.定义 一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某一个 方向运动,另一部分必然向相反的方向运动的现象。 2.特点 (1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 (2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来 处理。 (3)反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总 动能增加。
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预习交流 2
我国发射的嫦娥三号月球探测飞船携带“玉兔”号月球车已成功登 陆月球,并开始月球探测。发射飞船和卫星都要用多级火箭。
那么,为什么火箭要这样分级制造呢?分级会带来多大的好处呢?
解析:设返回瞬间释放氧气的质量为 Δm,获得的反冲速度为 v,且令 m1=100 kg,m2=0.5 kg,u=50 m/s,喷气瞬间,由动量守恒定律可得 0=(m1-Δm)v-Δmu,
由于 m1≫ Δm,则 v=���m���m1 u,①
喷气后宇航员返回过程做匀速运动,则 s=vt,② 返回途中耗氧质量 m2-Δm=kt,③ 由①②③得 kut2-m2ut+m1s=0, 代入数据解得 t=200 s 或 t=1 800 s(最长时间,舍去)。 当用最短时间 t=200 s 返回,则返回瞬间释放的氧气质量 Δm=m2-kt=0.45 kg。 答案:0.45 kg 200 s
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3.反冲现象的应用及防止 (1)应用:农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时,一边 喷水一边旋转。 (2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的准确性,所以用 步枪射击时要把枪身抵在肩部,以减少反冲的影响。
5 反冲运动 火箭
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学习目标 重点难点
1.知道什么是反冲运动,能够举出几个反冲运动的实例。 2.能够结合动量守恒定律对反冲现象作出解释。 3.会用动量守恒定律分析和解决实际问题。 4.了解火箭的飞行原理和主要用途。 重点:反冲运动的原理。 难点:动量守恒定律在反冲运动中的应用。
[思路点拨]宇航员利用喷气获得反冲,从而返回飞船。根据动量守 恒定律,可以求出喷出的部分氧气使宇航员获得的返回速度,安全返回 的临界条件是呼吸耗氧和喷出氧气的总质量恰好等于贮氧瓶中全部氧 气的质量。
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答案:章鱼的游泳是利用了反冲运动的原理。
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迁移与应用
例 1 一名连同装备共 100 kg 的宇航员,脱离宇宙飞船后,在 离飞船 45 m 处与飞船处于相对静止状态,他背着一个装有 0.5 kg 氧气的 贮氧瓶,瓶上有一个可使氧气以 50 m/s 的相对速度喷出的喷嘴,必须向 着与返回飞船相反的方向喷出氧气,宇航员才能回到飞船上,同时又必 须保留一部分氧气供他返回飞船的途中呼吸,宇航员呼吸氧气的耗氧 率为 2.5×10-4 kg/s。为使宇航员以最短时间返回飞船,在返回瞬间应释 放多少千克氧气?这个最短时间多长?