反冲运动火箭及习题课分解

长 征 二 号 F 型 运 载 火 箭
逃逸塔 整流罩
二级火箭 一级火箭
助推器
演示：神舟7号发射全程
有一只长为L=3m，质量为M=120kg的小船停在静水 中，一个质量为m=60kg的人立在船头，若不计水的 阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面 的位移各是多少？
船1米 人2米
总结
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，一部分向某一方向运功，另一部 分必然向相反方向运动 2、反冲的应用与防止 二、火箭 1、工作原理：反冲运动 2、影响火箭飞行速度的因素：喷气速度和质量 比
解：在发射子弹过程中，内力远大于外力， 所以水平方向动量守恒; 选子弹的速度方向为正方向
发射前的总动量为0 发射后的总动量为－MV+mV0
由动量守恒得：0=-MV+mV0
0.02 1000 V m / s 2 .5 m / s M 8
m v0
反冲在许多场合是不利的， 如子弹的射击,大炮的发射，需要减少或防止反 冲的影响；
例：火箭发射前的总质量为M，燃料全部燃烧完后 的质量为m，火箭燃气的喷射速度为V0，燃料燃 尽后火箭的速度V为多少？
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 发射前的总动量为0 发射后的总动量为（M-m)V0－mV 由动量守恒得：0= （M-m)V0－mV
M m M V V0 ( 1)V0 m m
问题：影响火箭飞行速度的因素是什么？
• 影响火箭飞行速度的因素主要有两个: • 一是燃气喷射的速度 • 二是火箭的质量比，即：火箭开始飞行时的 质量与燃料燃尽时的质量之比
一火箭总质量为9t,内有燃料8t，发射 时喷出的气体对地速度恒为900m/s， 此火箭能达到的最大速度?能否用此 火箭来发射人造卫星?(不考虑地球 引力和空气阻力)
第五节
反冲运动 火箭
燃放的礼花
火箭
喷气式飞机
射击
以上几种不同的物体，它们的运动 有什么特点？
1.一个物体分成两个部分 2.两个部分向相反方向运动 3.分裂过程的时间极短，作用力非常大
一、反冲运动
一个静止的物体在内力的作用下分裂为两 部分，一部分向某一方向运功，另一部分必 然向相反方向运动。
反冲变式：人船模型及其应用
【例1】如图所示，长为l、质量为M的小船停 在静水中，一个质量为m的人站在船头， 若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的 过程中，船和人对地面的位移各是多少？
m s1 L, M m
M s2 L M m
【例2】载人气球原静止于高h的高空，气球 质量为M，人的质量为m．若人沿绳梯滑至 地面，则绳梯至少为多长？
2 1
m1 m2
例4： 某人在一只静止于水面的小船 上练习射击，船、人、枪、靶、子弹 的总质量为M，枪内有n颗子弹，每 颗子弹质量为m，枪口到靶的距离为 l,子弹射出时相对于地速度为 v, 在发 射后一颗子弹时，前一颗已陷入靶中， 则在发射完 n颗子弹后小船后退的距 离为多少？
例5：在沙堆上有一木块，M=5K g,木块上放一 爆竹，质量为m=0.10Kg,点燃后木块陷入沙中5 cm,若沙对木块运动的阻力恒为58N，不计火药 质量和空气阻力，求爆竹上升的最大高度？
1 2 Mgs fs 0 Mv 2 Mv m v' 0 v' h 2g
2
h=1.7m
反 冲 运 动 火 箭
反冲
运动
1. 定义：向气体喷出的反方向 运动 2. 原理：动量守恒定律 3. 常见反冲运动：烟花、射击
1. 发展：从宋代开始 2. 原理：动量守恒定律
火箭
①喷气速度：v
3. 速度 ②质量比M/m
反冲是生活和生产实践中常见的一种现象， 如何处理反冲运动的问题？
分析：发生反冲运动时间极短，作用力Leabharlann Baidu常大，
两部分相互作用的内力会远远大于外力， 可以认为动量守恒
因此，反冲运动可用动量守恒处理
例1．机关枪重M=8kg，射出的子弹质量m=20克，
若子弹的出口速度是V0=1000m/s，则机枪的后退速 度V是多少？
但还有许多场合是有利的，恰好是利用反冲， 如火箭，礼花，喷气式飞机。
下面我们就来认识一下反冲的一个重要应用—— 火箭
二、火箭
现代火箭是指一种靠 喷射高温高压燃气获 得反作用力向前推进 的飞行器．其主要用 途是：利用火箭作为 运载工具，例如发射 探测器、常规弹头、 人造卫星和宇宙飞船
火箭结构 主要由壳体和燃料两大部 分组成.火箭燃料燃烧时， 从尾部喷出的气体具有很 大的动量，根据动量守恒 定律，火箭获得等大反向 的动量，因而发生连续的 反冲现象，随着推进剂的 消耗，火箭的质量逐渐减 小，加速度不断增大，当 推进剂燃尽时，火箭即以 获得的速度沿着预定的空 间轨道飞行．
提示：发射人造卫星的最小速度是7.9Km/s
喷气的速度 目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做 氧化剂，喷气速度在2000m/s到4000m/s 质量比 火箭的质量比在6-10 左右， 要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度
问题：如何解决卫星发射问题？
为了解决这个问题，人们想到了利用多 级火箭，结构如下页图所示
由图4—15可看出，气球对地 移动的平均速度为（l－h）/t， 人对地移动的平均速度为－h/t （以向上为正方向）．由动量 守恒定律，有 M（l－h）/t－m h/t=0．
【例3】如图所示，一质量为ml的半圆槽体A， A槽内外皆光滑，将A置于光滑水平面上， 槽半径为R.现有一质量为m2的光滑小球B 由静止沿槽顶滑下，设A和B均为弹性体， 且不计空气阻力，求槽体A向一侧滑动的最 大距离． • 解析:系统在水平方向上动量守恒,当小球运 动到糟的最右端时,糟向左运动的最大距离 设为s1,则m1s1=m2s2,又因为s1＋s2=2R,所 以 s m 2R