2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
火箭飞行原理
火箭飞行原理
火箭飞行原理是指火箭在太空中飞行的基本原理。
火箭是一种利用推进剂喷射
产生的反作用力来推动自身前进的航天器。
它是一种无需外部空气支持的推进器，因此可以在太空中飞行，是太空探索和航天技术中不可或缺的重要工具。
火箭的飞行原理主要依靠牛顿第三定律，即每个作用都有相等的反作用。
当火
箭喷射出高速气体时，这些气体会产生一个向相反方向的推力，从而推动火箭向前飞行。
这种推进力是通过燃料燃烧产生的高温高压气体喷射而出的，这就是火箭的基本工作原理。
火箭的推进剂一般包括液体燃料和氧化剂，它们在火箭的燃烧室中燃烧产生大
量的高温高压气体，然后通过喷嘴喷射出来。
这些气体喷射出去的速度非常高，根据牛顿第二定律，这会产生一个相反方向的推力，从而推动火箭向前飞行。
火箭飞行的原理还涉及到空气动力学和航天动力学等相关知识。
在火箭飞行中，需要考虑到空气阻力、重力、空气动力学效应以及航天动力学效应等因素，以保证火箭能够稳定地飞行并达到预定的目标。
除了推进剂产生的推力外，火箭还需要考虑到航天器的设计、控制系统、导航
系统等方面的因素。
这些因素都是火箭飞行原理的重要组成部分，它们共同作用，使得火箭能够在太空中完成各种任务，如卫星发射、载人飞行、深空探测等。
总的来说，火箭飞行原理是一个复杂而又精密的系统工程，它涉及到多个学科
领域的知识，如物理学、化学、工程学等。
通过不断的研究和实践，人类对火箭飞行原理的理解也在不断深化，这为太空探索和航天技术的发展提供了坚实的基础。
希望未来能够有更多的科学家和工程师投入到火箭飞行原理的研究中，为人类探索宇宙提供更多的可能性和机会。
火箭的分级原理
火箭的分级原理火箭作为一种重要的航天工具，具有强大的推力和较高的速度，能够将航天器送入太空。
火箭的分级原理是实现其离地表加速上升的关键。
本文将介绍火箭的分级原理，并对其作用和具体实施进行详细阐述。
一、火箭分级的作用火箭分级是为了解决火箭发射过程中的一些重要问题，包括飞行中的质量变化、气动力、动力平衡等。
通过分级设计，可以实现以下几个目标：1. 质量减轻：随着火箭上升，燃料和氧化剂会不断被耗尽，质量会逐渐减轻。
而分级设计可以使每个级别只携带相对较小的燃料和氧化剂，从而减轻每个级别的质量，提高整体效率。
2. 动力平衡：火箭发射过程中，推力需要在引擎和火箭结构之间平衡，以保证飞行的稳定性。
通过分级设计，可以在每个级别中正确配置引擎和燃料，以达到动力平衡的效果。
3. 气动力减小：分级设计还可以减小空气阻力对火箭的影响。
较高的火箭部分会脱离下面的低速空气流场，减小空气阻力，提高整体飞行效率。
二、火箭分级的具体实施火箭通常采用多级分离式设计，其中每个级别都由燃料、氧化剂和引擎组成，且各个级别之间通过连接件相互连接。
下面将对每个级别的功能和实施进行介绍：1. 第一级（底级）：第一级是整个火箭最底部的级别，负责提供最大的推力。
它通常由固体燃料推进剂组成，具有较高的推力瞬间，以便使火箭能够逃离地球引力的束缚。
一旦推进剂燃烧完毕，第一级会被分离，并由其他级别继续推进。
2. 第二级（中级）：第二级是位于第一级之上的级别，通常由液体燃料和液氧组成。
它在第一级分离后继续提供推力，并为火箭进一步升空提供动力。
第二级推进剂的质量相对较小，逐渐减轻整个火箭的负载。
3. 第三级（上级）：第三级是位于第二级之上的级别，它通常由液体燃料和液氧组成。
第三级的推力较小，但速度较高，主要用于将航天器送入预定的轨道和速度。
一旦完成任务，第三级会被分离。
三、火箭分级的注意事项在火箭的分级设计中，有几个注意事项需要考虑：1. 分离机构：每个级别之间的连接件和分离机构需要设计合理，以保证分离的准确性和可靠性。
火箭飞行原理
火箭飞行原理
火箭飞行原理是基于牛顿第三定律和火箭动量守恒定律的。
火箭通过喷射高速排出的废气产生反作用力，从而获得推力，推动自身向前飞行。
火箭的推进剂通常由氧化剂和燃料组成。
在火箭发动机的燃烧室内，燃料与氧化剂发生猛烈的化学反应，产生大量高温、高压的气体。
这些气体在喷嘴的作用下加速排出，产生巨大的反向冲击力，即推力。
根据牛顿第三定律，对于每个动作都有一个等大而相反方向的反作用力。
当火箭以高速排气时，排出的废气会产生一个反向的推力，与火箭的运动方向相反。
这个推力将火箭推向前进。
根据火箭动量守恒定律，火箭的动量变化率等于所受外力的总和。
当火箭喷射废气时，废气的质量会减少，而速度会增加。
根据动量守恒定律，火箭的质量降低但速度增加，使得火箭的动量保持不变。
在火箭飞行中，不断喷出高速气体的推力，使火箭获得加速度，从而克服地球引力，逐渐进入太空。
由于太空中没有空气阻力，火箭可以以更高的速度飞行。
总之，火箭的飞行原理是通过喷射高速气体产生的反作用力推动火箭运动，同时利用动量守恒定律使火箭速度不断增加。
这种原理使得火箭成为太空探索和人类航天事业中不可或缺的交通工具。
火箭飞行原理
4.1.3 火箭飞行原理在火箭(rocket)发射过程中，燃料不断燃烧变成热气体，并以高速从火箭尾部向后喷出，因而推动火箭向前作加速运动。
设火箭在外层空间飞行，火箭在t0时刻的速度为ν0 ，火箭(包括燃料)的总质量为M0，热气体相对火箭的喷射速度为u。
随着燃料消耗，火箭质量不断减少，火箭速度不断加快，当燃料用尽后的火箭质量为M，此时火箭所获得的速度ν是多少呢？下面具体计算。
第一步：讨论在任意时刻火箭飞行情况，选取某一时刻t和+时刻的火箭原质量m，喷出的质量dm和喷出气体后火箭质量tt∆(m-dm)为研究对象，分析此系统的运动情况。
设某一时刻t，火箭质量为m，相对地面速度为v；在tt∆+时间，火箭喷出的质量为dm (dm是质量m在dt时间内所喷出的质量)的气体。
喷出的气体相对火箭的速度为u，方向与ν相反；选择火箭和喷气所组成的部分为系统：喷气前：总动量为mv；喷气后：火箭动量dv)(m+-；dm)(v喷出的气的动量u)+;dvdm(v-忽略空气阻力和重力，系统动量守恒。
第二步：应用动量守恒列式：++=mv+(m-dm)(vdv-u)dm(vdv)忽略高阶无穷小，并整理后得0=+udm mdv ，即： mdm - u d ν= 对上式两边积分，t 0→t 时间，其速度变化为ν0→ν，其质量由M 0变化为M ，于是有：mdm -u d νM M0νν0⎰⎰=所以： MM uln M M uln νν000=-=- 即： MM uln νν00+= 这就是当t 0→t 时刻，火箭的质量从M 0→M 时火箭的速度公式。
第三步：要求火箭在全部燃料用完时的速度。
如果设火箭开始飞行时速度为零(ν0＝0)，燃料用尽时质量为M ，那么根据上式解得火箭能够达到的速度为：MM ln ν0=（４-６） 式中MM 0称为火箭的质量比。
要把航天器发射上天，则火箭获得的速度至少要大于第一宇宙速度。
若要使航天器离开地球到达其他行星或脱离太阳系到其他星系，则火箭获得的速度应分别大于第二宇宙速度和第三宇宙速度。
火箭飞向太空
火箭飞向太空人类对太空的探索自古以来就存在着一种强烈的渴望。
我们一直向往着能够征服宇宙的能力，梦想着有一天能够亲眼目睹宇宙的壮丽景色。
而如今，随着科技的不断发展，人类终于能够通过火箭进入太空，这使得我们的梦想变成了可能。
本文将介绍火箭的飞行原理、发射流程以及探索太空的意义。
一、火箭的飞行原理火箭的飞行原理是基于牛顿第三定律，即每个作用力都有一个等大相反方向的反作用力。
火箭通过喷射高速喷气产生作用力，并利用反冲推进自己向前飞行。
火箭内的燃料与氧化剂会在燃烧过程中产生大量的高温气体，这些气体通过喷嘴排放，从而产生巨大的推力。
根据牛顿第三定律，与喷出的气体相反的反作用力将推动火箭向前运动。
二、火箭的发射流程火箭的发射流程包括多个重要环节，下面将对其进行简要介绍。
1. 预发射准备：在火箭发射前，需要进行一系列的预发射准备工作。
这包括检查火箭的各个部件是否正常运行，确认燃料和氧化剂的储备量是否充足，以及天气等外部条件是否适宜发射。
2. 点火升空：一旦预发射准备工作完成，火箭点火升空的过程开始。
点火后，火箭的发动机开始燃烧燃料和氧化剂，产生推力，使火箭逐渐升空。
在这个过程中，火箭需要克服地球的引力，以及通过引擎喷射气体产生的反冲力。
3. 分离级与空中操作：火箭在升空过程中通常会采用多级助推器的设计。
当一级燃烧完毕后，将会进行分离，并点燃下一级燃料。
这样的多级助推器设计可以有效地提高火箭的速度和载荷能力。
同时，火箭还需要根据预定轨道进行姿态调整和航向控制。
4. 进入太空与卫星释放：当火箭到达预定的高度和速度后，将进入太空。
在太空中，火箭可以进行一系列的科学实验、观测以及卫星的释放。
这些活动将为人类提供更多关于宇宙的知识和数据。
三、探索太空的意义探索太空对人类具有重要的意义，它不仅可以满足人类探索未知的好奇心，还能为我们提供巨大的科学价值和技术进步。
首先，太空探索可以帮助我们更深入地了解宇宙。
通过观测宇宙中的星系、行星和恒星，我们可以揭示宇宙的演化历史和物质组成。
火箭升空运用的是什么原理
火箭升空运用的是什么原理火箭升空运用的主要是牛顿第三运动定律,通过喷射高速燃气实现推力来克服地心引力,使火箭实现垂直上升进入太空。
其基本原理具体可以分以下几个方面来阐述:1. 牛顿第三定律牛顿第三定律表明,每次作用力都会有一个反作用力。
当火箭喷出高速燃气时,根据这个定律,高速喷射的燃气会对火箭本体产生一个反作用力,这个反作用力的方向与喷射方向相反,因此提供了向上方向的推力。
2. 喷管原理火箭发动机的喷管具有缩小断面,当高温高压气体从喷管中喷出时,根据Bernoulli 原理,气流速度会加快,压强降低。
这会造成喷管内外压强差,向下压迫火箭,形成向上推力。
3. 质量守恒定律Based on the law of conservation of mass, the mass of the rapidly ejected exhaust gases must equal the mass decrease of the remaining rocket fuel. The rocket fuel combustion continuously converts mass intokinetic energy in the form of the high-velocity exhaust. This mass decrease of the rocket, together with the gas ejection, results in an upward thrust force.4.动量定理根据动量定理,当高速喷气具有向下的动量时,会使火箭产生相等量且方向相反的动量,因此火箭获得向上的动量。
喷气动量的改变量正是形成推力的来源。
5. 发动机推力原理火箭发动机在燃烧室内燃烧产生高温高压气体,然后由喷管喷出,喷气速度达到几倍音速。
根据动量变化率与力的关系,可计算出发动机喷管产生的推力。
通过调节推进剂的流量和喷射速度可以控制推力。
火箭飞行原理
火箭飞行原理
火箭是一种利用燃料燃烧产生的高速燃气来推动自身飞行的航天器。
它是现代航天技术中最重要的一种推进方式，被广泛应用于卫星发射、载人航天等领域。
火箭的飞行原理主要包括推进力、牛顿第三定律、燃料消耗等几个方面。
首先，火箭的飞行原理是基于牛顿第三定律的。
牛顿第三定律指出，任何一个物体受到的合外力，总有一个大小相等、方向相反的作用力。
火箭在发射时燃料燃烧产生的高速燃气向下喷射，根据牛顿第三定律，火箭会受到一个大小相等、方向相反的推进力，从而产生向上的推力，推动火箭向空中飞行。
其次，火箭的推进力是通过燃料的燃烧产生的。
火箭的燃料一般是由氧化剂和燃料组成的，当它们在燃烧室中燃烧时，产生的高温高压燃气会被喷射出来，产生巨大的推进力。
这种推进力可以通过喷嘴的设计来控制喷气的速度和方向，从而实现火箭的飞行和姿态控制。
另外，火箭的飞行还涉及到燃料的消耗。
随着燃料的燃烧，火箭的质量会不断减小，从而使得火箭的加速度不断增大。
这就是著名的“火箭方程”，描述了火箭在飞行过程中质量和速度的变化关系。
通过合理设计燃料的消耗和火箭的结构，可以实现火箭的有效飞行和载荷的输送。
总的来说，火箭的飞行原理是基于牛顿第三定律和燃料燃烧产生的推进力。
通过合理设计火箭的结构和燃料系统，可以实现火箭的飞行和控制。
火箭技术的发展对于现代航天事业具有重要意义，它的原理和应用将继续为人类探索宇宙和发展航天技术提供重要支持。
第三宇宙速度的推导及应用
第三宇宙速度的推导及应用方案下，第三宇宙速度的值存在很多可能性。
从第三宇宙速度的定义出发，引入一种新的理念，导出第三宇宙速度的新数值，得到了不同的第三宇宙速度。
在这些第三宇宙速度的新值中，有比16.7km／还要小的值，也有比16.7km／大的值。
说明目前我们还没有找到计算第三宇宙速度的一个最佳方案，现在普遍认为的第三宇宙速度16.7km／显然是有待进一步讨论和修改的。
下面再浅谈一下宇宙速度在航天事业上的应用，第三宇宙速度是从地球表面发射航天器（航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器），飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，是作为摆脱太阳系引力场束缚而飞往恒星际空间的恒星际飞行器所必须具有的速度。
其运行轨道为双曲线，所以也称双曲线速度。
宇宙速度的数值与所发射的人造天体入轨点离地面的高度有关。
当离地面高度为零而又不计空气阻力时，第三宇宙速度为每秒16.7千米。
其实当物体在达到11．2千米/秒的运动速度时就能摆脱地球引力的束缚。
在摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。
脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。
若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。
那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
然而，人类的航天，并不是一味地要逃离地球。
特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。
众所周知，必须始终有一个力作用在航天器上。
其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径，即F=mv^2/R。
在这里，正好可以利用地球的引力。
因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。
那么，如何才能使要发射的航天器达到所需要的宇宙速度呢？必须要用运载火箭。
火箭是人类冲破地球引力飞向太空的工具。
火箭里装着不用空气就能点燃的燃料。
燃料燃烧时喷出气体，气体的反作用力可以使火箭向前推进。
火箭飞行原理
火箭飞行原理火箭飞行原理是指火箭在宇宙航天领域中实现空间飞行的基本原理。
火箭作为现代宇宙飞行的主要推进器，其独特的动力系统使得火箭能够克服地球的引力，并在无重力环境中进行高速飞行。
本文将详细介绍火箭飞行原理的三个关键要素：动量守恒定律、火箭推力和质量比。
一、动量守恒定律动量守恒定律是指在一个封闭系统中，当没有外力作用时，系统的总动量保持不变。
在火箭发射过程中，燃料被喷出，形成一个被称为工作物质的高速气流。
根据动量守恒定律，火箭将以相反的方向获得向前的动力。
二、火箭推力火箭推力是使火箭前进的力量，它产生于燃料的燃烧过程中。
火箭的推力与燃烧产物的喷射速度和质量流量有关。
燃烧时释放出的高温、高压气体通过火箭喷管喷出，形成高速气流，这个过程称为喷射。
火箭推力的计算公式为：推力 = 燃料喷射速度 ×燃料喷射质量流量推力的大小决定了火箭的运动速度。
为了增加火箭的推力，可以通过增加喷射速度和喷射质量流量来实现。
三、质量比质量比是指火箭在发射前和发射后的质量之比。
通过改变起始质量和终止质量之间的差值，可以影响火箭的速度和飞行距离。
质量比越大，火箭的速度越高，飞行距离也会增加。
在火箭发射过程中，为了减小质量比，火箭会在发射前尽可能减少其质量。
例如，在发射前排空燃料和氧化剂的贮罐，将多余的设备和附件从火箭上卸下等。
这样一来，发射后的火箭质量减小，从而提高了质量比。
综上所述，火箭飞行原理的基本要素包括动量守恒定律、火箭推力和质量比。
火箭通过推进喷射产生的推力来克服地球引力，实现高速飞行。
而质量比的变化则决定了火箭的速度和飞行距离。
火箭技术的不断发展和完善，使得人类能够进一步探索宇宙的奥秘，为人类文明的进步做出重要贡献。
通过对火箭飞行原理的深入了解，我们能够更好地理解宇宙航天技术的发展和应用，为未来的宇宙探索和太空旅行提供可能。
火箭的研究和应用对于推动科技进步和促进人类社会的发展具有重要意义。
火箭的分级原理
火箭的分级原理火箭是一种重要的航天器，它能够通过喷射高速排出的燃料气体来产生巨大的推力，从而克服地球的引力并进入太空。
而火箭的分级原理是火箭发射过程中的一个重要组成部分，它能够有效地提高火箭的运载能力和飞行性能。
火箭的分级原理是指将火箭的整个发射过程分为多个阶段，每个阶段都有自己独立的推进系统，当一个阶段的燃料耗尽后，就会被分离掉，从而减轻整个火箭的重量，提高火箭的速度和高度。
通常火箭的分级原理分为一级、二级、三级等多个阶段。
一级火箭是火箭发射过程中的第一阶段，也是最大的阶段。
它通常携带大量的燃料和氧化剂，以产生足够的推力将火箭从地面推升到大气层外。
一级火箭在发射后会燃烧一段时间，将其燃料完全消耗后，便会被分离掉，从而减轻整个火箭的重量。
二级火箭是火箭发射过程中的第二阶段，它通常比一级火箭小一些，但仍然能够携带一定量的燃料和氧化剂。
二级火箭会在一级火箭分离后点火，产生额外的推力，将火箭继续推向更高的高度和速度。
当二级火箭的燃料耗尽后，它也会被分离掉，为下一个阶段的火箭让出空间。
三级火箭是火箭发射过程中的第三阶段，它通常比一级和二级火箭更小。
三级火箭的目标是将火箭送入预定的轨道或太空，因此它需要具备更高的速度和高度。
当三级火箭的燃料耗尽后，它也会被分离掉，完成火箭的发射任务。
火箭的分级原理能够有效地提高火箭的运载能力和飞行性能。
通过分级，火箭在每个阶段都能够充分利用燃料的能量，减轻整个火箭的重量，从而提高火箭的速度和高度。
此外，分级还能够使火箭的结构更加简单，减少火箭的重量和复杂度，提高火箭的可靠性和安全性。
火箭的分级原理在实际应用中得到了广泛的应用。
例如，美国的阿波罗登月计划中使用的阿波罗火箭就采用了三级分级原理。
在火箭发射过程中，一级火箭将宇航员送入太空，而二级火箭将宇航员送入地月转移轨道，最后由三级火箭将宇航员送入月球轨道。
这种分级原理使阿波罗火箭能够成功地将宇航员送往月球，并成功返回地球。
三级火箭原理及应用
三级火箭原理及应用三级火箭是由三个级别的火箭组成的。
每个级别的火箭都有自己的燃料和发动机。
当第一级火箭的燃料燃尽后，它会被丢弃并分离，然后第二级火箭点火继续推动火箭上升。
当第二级火箭的燃料燃尽后，它也会被分离丢弃，然后第三级火箭点火继续推动火箭进入目标轨道。
使用三级火箭可以将载荷有效地送入太空。
三级火箭的工作原理是基于牛顿第三定律。
根据这个定律，当火箭燃烧燃料喷出高速气体时，高速气体产生的推力会向相反方向推动火箭。
火箭的推力与燃料的质量流量和喷气速度成正比。
当火箭点火时，燃料会燃烧产生高温和高压气体，然后通过发动机喷射到外部。
喷出气体的速度越大，产生的推力也就越大。
三级火箭的使用是为了在每个级别中提供更大的速度和推力，以便将载荷送入太空。
三级火箭的应用非常广泛。
最显而易见的应用是将人造卫星送入太空。
卫星在太空中发挥着重要的作用，例如通信、天气预报、导航等。
使用三级火箭可以将卫星精确地放置在目标轨道上，以确保其正常运行。
此外，三级火箭还用于探测太空中的其他天体，例如探测器。
探测器可以携带各种科学工具和仪器，用于研究行星、恒星和宇宙中的其他现象。
三级火箭也被用于发射载人航天器。
载人航天器可以让宇航员进入太空执行各种任务，包括科学研究、空间站建设和太空探索。
由于载人航天器需要更高的安全性和稳定性，所以使用三级火箭来确保宇航员的安全。
此外，三级火箭也可以用于发射火星探测器和其他外行星探测器。
这些探测器可以携带各种科学仪器，用于探测外行星的大气、地质构造、生命迹象等。
三级火箭的使用可以确保这些探测器被送入正确的轨道，以便执行他们的任务。
总而言之，三级火箭是一种重要的发射工具，用于将人造卫星、探测器和载人航天器送入太空。
三级火箭的工作原理基于牛顿第三定律，通过燃烧燃料产生的推力来推动火箭。
三级火箭的应用非常广泛，包括卫星发射、探测器发射和载人航天器发射等。
它对于人类的太空探索和科学研究有着重要的意义。
6.5宇宙航行第一宇宙速度 及同步卫星
南
二、同步卫星的轨道计算方法 ： 例题：已知地球表面重力加速度为g，地球半径R， 自转角速度为ω 。 求：同步卫星的轨道半径、离地面高度；
Mm 同步卫星：G 2 = mw2 r r Mm 地表处：G 2 = mg R
解得：r =
3
gR w2
2
h=
3
gR2 - R 2 w
二、同步卫星的速度计算方法 ： 例题：已知地球表面重力加速度为g，地球半径R， 自转角速度为ω 。 求：同步卫星线速度。
重 要 结 论
卫 星 的
人造卫星的运行v、ω、T、a与r的关系
Mm v2 G 2 m r r Mm 2 G 2 m r r
Mm 4 2 G 2 m 2 r r T
Mm G 2 ma r
v
GM r
GM r3
4 2 r 3 T GM
GM a r2
结论：高轨道上运行的卫星，线速度小、 角速度小，周期长； 高轨道卫星的向心加速度（重力加速度）小
1．假如一个做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨 道半径增大到原来的2倍，仍做匀速圆周运动， 则（ ） A．根据公式v=ωr，可知卫星的线速度增大到 原来的2倍 B．根据公式F=mv2/r，可知卫星所需的向心力 减小到原来的1/2 C．根据公式F=GMm/r2，可知地球提供的向心力 将减小到原来的1/4 D．根据上述B和C给出的公式，可知卫星的线速 度将减小到原来的 2 / 2
存在三类人造地球卫星轨道： ①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终 处于赤道上方； ②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，
卫星通过两极上空；
③一般轨道，
卫星轨道和赤道成一定角度。
伽 利 略 导 航 卫 星
G P S 导 航 系 统
《火箭飞行原理》PPT课件
第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
* 3 – 3 火箭飞行原理
p mv
p (m'dm)(v dv) dm(v dv u)
物理学教程 （第二版）
v dv
系统总动量守恒 p p'
略去二阶微分量 dmdv, 整理得
* 3 – 3 火箭飞行原理
物理学教程 （第二版）
v
v0
u ln
m'0 m'
u ln
N
也就是说，在同样条件下，如果火箭的喷气速度越大，最终获得的 速度也越大；如果火箭的质量比越大，火箭所能达到的速度也越大。 当喷气速度和质量比相同时，火箭的速度和它本身的大小无关。因 此要提高火箭速度，只有提高喷气速度和质量比。一般情况下所使 用的燃料决定了喷气速度，固体燃料喷气速度2000米每秒左右，一 般液体燃料喷气速度3000米每秒左右，液氢/液氧等推进系统喷气 速度达4000米每秒左右。这样速度的获得就只有通过质量比来进一 步调整，要具有高质量比就需携带大量燃料。如果要获得第一宇宙 速度7.9公里每秒，按喷气速度4000米每秒计算，其质量比为7.2， 而现代火箭质量比通常只有6，就当前来讲技术上仍是很困难，所 以一般采用多级火箭技术。美国以具备单级入轨主要技术，相信不 久单级火箭即会问世，实现单级发射卫星之梦。
* 3 – 3 火箭飞行原理
物理学教程 （第二版）
第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
星发射任务。
第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
* 3 – 3 火箭飞行原理
物理学教程 （第二版）
第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
* 3 – 3 火箭飞行原理
2024年人教版高中物理选择性必修第一册第一章动量守恒定律第6节反冲现象、火箭
6.反冲现象 火箭课标·定向素养·导引1.结合生产、生活的实际例子理解什么是反冲运动。
2.知道火箭的发射利用了反冲的原理。
物理观念通过学习了解反冲运动和反冲运动在生活中的应用。
科学思维1.通过实例分析,能够应用动量守恒定律解决反冲运动问题。
2.通过学习和课外阅读,知道火箭的飞行原理,了解我国航天技术的发展。
【情境引入】做一个小实验把一只气球吹满气,用手捏住气球的通气口,然后突然放开,让气体喷出,观察气球的运动。
你知道章鱼、乌贼是怎样游动的吗?它们先把水吸入体腔,然后用力压水,通过身体前面的孔将水喷出,使身体很快地运动。
章鱼能够调整喷水的方向,这样可以使得身体向任意方向前进。
一、反冲现象 1.定义一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某个方向运动,另外一个部分必然向相反方向运动的现象。
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)反向运动中,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。
二、火箭1.工作原理:利用反冲的原理,火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾部喷管迅速喷出,使火箭获得巨大速度。
2.影响火箭获得速度大小的两个因素:(1)喷气速度:现代火箭发动机的喷气速度为2 000~5 000 m/s。
(2)火箭喷出的物质的质量与火箭本身质量之比。
说明:(1)(2)数值越大,火箭获得的速度越大。
3.现代火箭的主要用途:利用火箭作为运载工具,如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。
思考我国早在宋代就发明了火箭,在箭杆上捆一个前端封闭的火药筒,火药点燃后生成的燃气以很大的速度向后喷出,火箭就会向前运动,如图所示。
(1)古代火箭的运动是否为反冲运动?(2)火箭飞行利用了怎样的工作原理?提示:(1)古代火箭的运动是反冲运动。
为什么火箭能在太空中飞行
为什么火箭能在太空中飞行火箭作为一种太空探索和运输工具，能够在太空中飞行的原因有以下几点：一、火箭原理与推进力火箭的基本原理是依靠燃料的燃烧产生的高温高压气体喷出，通过气体喷射产生的反冲力来推动火箭本身向前飞行。
这种反冲力被称为推进力。
根据牛顿第三定律，每一力都有一个等大反向力，因此火箭燃烧废气喷出后，火箭将产生一个向相反方向的推进力，从而推动火箭向前行驶。
二、牛顿第一定律根据牛顿的第一定律，一个物体如果处于静止状态将会一直保持静止，如果处于运动状态将会一直保持匀速直线运动，除非外力作用于其上。
火箭在太空中飞行时，不受大气和其他物体的阻力影响，只有引力作用于其上。
因此，在推进力的作用下，火箭能够维持一定的速度和方向，实现在太空中持续飞行。
三、重力与火箭平衡在地球上，物体受到的重力是由行星或天体的质量和距离决定的。
当火箭处于地球表面时，它受到的重力和地面支持力的平衡使其处于静止状态。
然而，在太空中，重力的作用逐渐减弱，因此火箭需要通过推进力来抵消重力的作用，以保持在太空中飞行。
四、轨道控制与调整火箭在太空中飞行时，需要进行轨道的控制和调整。
这是通过调整火箭喷口的排气方向、燃料喷射速度和火箭的姿态等来实现的。
通过这些调整，火箭可以改变自身的飞行轨迹，从而绕地球或其他天体进行环绕飞行或进一步探索。
综上所述，火箭能在太空中飞行的原因主要是基于推进力的运作原理和牛顿力学的基本定律。
火箭通过产生推进力来克服地球的重力，并通过轨道控制来实现在太空中的飞行。
火箭的技术和发展不断创新，为人类太空探索和科学研究提供了重要的工具和支持。
火箭飞行的数学原理
火箭飞行的数学原理火箭是一种通过喷射燃烧产生的高速气流来推动自身前进的航天器。
它的飞行原理涉及到众多的物理和数学知识，下面将通过数学原理来解析火箭的飞行过程。
一、动量守恒定律火箭通过燃烧燃料产生推力，从而实现推进作用。
推力的大小与燃料燃烧释放的能量有关，而推力的方向则与火箭喷射出去的气体速度方向相反。
根据动量守恒定律，火箭在喷射出气体的过程中，会产生一个反冲力，使得整个火箭向前移动。
根据牛顿第二定律和动量守恒定律，可以得到以下公式：F = Δmv其中，F代表推力，m代表燃料喷射速度的变化量（即消耗的燃料质量），v代表喷射气体的相对速度。
这个公式说明了推力与燃料喷射速度和喷射气体的质量有关。
二、火箭的速度公式火箭的速度是通过喷射气体的相对速度决定的。
根据质量守恒定律，喷射出去的气体质量与剩余燃料质量之和保持不变。
因此，可以得到以下公式：m0v0 = mv + (m0 - m)v'其中，m0代表火箭燃料的总质量，v0代表初始速度，m代表喷射出去的气体质量，v代表喷射气体的速度，m0 - m代表剩余燃料的质量，v'代表剩余燃料相对于火箭的速度。
通过整理上述公式，可以得到火箭的速度计算公式：v = v0 + (m0/m)(v' - v0)这个公式表明了火箭的速度是初始速度、燃料质量和剩余燃料速度之间的综合效果。
三、火箭的飞行时间在考虑火箭的飞行时间时，我们可以运用质量守恒定律和喷气速度公式。
根据质量守恒定律，火箭剩余燃料的质量（m0 - m）和喷射出去的气体的质量m之和等于总的起飞质量m0，即m0 = m + (m0 - m)。
假设火箭的初始速度为v0，剩余燃料相对于火箭的速度为v'，喷射出去的气体速度为v，火箭飞行时间为t，代入速度公式可以得到：m0 = v0t + (m0 - m)t'整理上述公式，可以得到火箭的飞行时间计算公式：t = (m0v0 - m0v)/(vv' - v0v')通过这个公式，可以计算出火箭的飞行时间取决于初始速度、燃料质量、喷射气体速度和剩余燃料速度之间的关系。
火箭飞行原理
火箭飞行原理火箭飞行原理是指火箭在太空中进行飞行时所依据的物理规律和工程原理。
火箭作为一种重要的太空运载工具，其飞行原理的研究和应用对于航天事业具有重要意义。
下面将从火箭的推进原理、空气动力学原理和控制原理三个方面来详细介绍火箭飞行的基本原理。
首先，火箭的推进原理是火箭飞行的基础。
火箭的推进是通过燃料燃烧产生的高温高压气体喷出来产生推力，从而推动火箭向前飞行。
这一原理符合牛顿第三定律，即每个动作都有一个相等的反作用。
火箭喷出的高速气体向后冲出，火箭本身就会受到一个向前的推力。
这种推进方式使得火箭可以在太空中进行飞行，突破地球引力的束缚。
其次，空气动力学原理是火箭飞行原理的重要组成部分。
在大气层内，火箭需要克服大气的阻力才能脱离地面飞行到太空中。
空气动力学原理研究了火箭在大气层内的飞行特性，包括空气阻力、气动力和飞行稳定性等问题。
通过对这些问题的研究，科学家们设计出了各种形状和结构的火箭，使其在大气层内能够稳定地飞行并最终脱离地面进入太空。
最后，控制原理是火箭飞行过程中的关键。
火箭需要在飞行过程中保持稳定，并能够调整方向和速度以完成预定的任务。
控制原理包括姿态控制、航向控制和推力控制等内容，它们通过火箭上的各种控制装置来实现。
通过这些控制装置，火箭可以在太空中进行精确的飞行，达到预定的目的地并完成各项任务。
综上所述，火箭飞行原理是一个复杂而又精密的系统工程，它涉及到多个学科领域的知识和技术。
只有深入研究和掌握火箭飞行的基本原理，才能够更好地设计和制造出性能更加优越的火箭，推动航天事业的不断发展。
希望通过对火箭飞行原理的深入了解，能够激发更多的科研人员和工程师投身于航天事业，为人类探索宇宙、征服太空做出更大的贡献。
火箭发射的原理是什么介绍火箭推进技术
火箭发射的原理是什么介绍火箭推进技术火箭发射的原理是什么？介绍火箭推进技术火箭发射一直是人类探索太空、实现载人航天和发射卫星等任务的重要手段。
那么，究竟是什么原理使得火箭能够顺利地升空并进入轨道？本文将介绍火箭发射的原理和常用的推进技术。
1. 火箭发射的基本原理火箭发射的基本原理是牛顿运动定律和动量守恒定律。
根据牛顿第三定律，火箭采用喷射气体的方式来产生动力，这是一个基于行星动力学原理的常见应用。
当燃料燃烧时，通过燃气喷射产生的能量转化为了火箭推进的动力。
由于火箭的喷气将气体以极高的速度排出，根据牛顿运动定律，根据动量守恒定律，火箭会因此获得相等且反向的推力。
推力的方向和火箭朝向的相反，使得火箭能够产生加速度，从而升空。
2. 火箭推进技术2.1 化学火箭推进技术目前火箭发射中最常用的推进技术是化学火箭推进技术。
这种技术利用化学反应释放的能量来推动火箭的运动。
化学火箭推进技术的基本原理是将燃料和氧化剂混合并点燃。
燃料可以是液体，如液氧和液氢的组合，也可以是固体燃料，如固体燃料发动机所使用的固体推进剂。
在燃烧的过程中，燃料和氧化剂发生剧烈的化学反应，释放出大量的高温和高压气体，从而产生推力。
这样的推力不断地作用于火箭上，使其不断加速并逐渐脱离地球引力，最终进入轨道。
2.2 核火箭推进技术除了化学火箭推进技术，还有一种更为先进的推进技术被称为核火箭推进技术。
核火箭推进技术利用核能的释放来提供巨大的推力，从而将火箭推向太空。
核火箭推进技术基于核裂变或核聚变反应。
核裂变是指将大型原子核分裂成两个中等大小的原子核的过程，而核聚变是指将两个较小的原子核结合成一个更大的原子核的过程。
这些反应释放出的能量比化学反应大得多，因此能够产生更高的推力。
然而，核火箭推进技术在实际应用中面临许多挑战和困难，如安全性、废物处理等问题。
目前，核火箭推进技术仍处于研究阶段，尚未广泛应用于实际火箭发射。
3. 火箭发射的关键技术问题火箭发射是一项高度复杂的工程，需要解决许多关键技术问题。
火箭起飞的原理
火箭起飞的原理火箭起飞的原理火箭是一种能够在外层空间进行飞行的航天器，其起飞原理主要依赖于牛顿第三定律和燃料燃烧反应。
在火箭起飞的过程中，火箭需要克服重力和空气阻力，同时产生足够的推力来加速并保持运动状态。
下面将详细介绍火箭起飞的原理。
牛顿第三定律牛顿第三定律也被称为作用与反作用定律，它表明：任何两个物体之间都会相互作用，并且这两个物体所受到的作用力大小相等、方向相反。
这意味着当一个物体施加一个力时，另一个物体也会对它施加同样大小、方向相反的力。
在火箭起飞中，火箭通过喷射高温高速气体来产生推力，而这些气体则是由燃料燃烧后产生的。
根据牛顿第三定律，每当火箭喷出一部分气体时，它自身就会受到一个与喷出气体大小、方向相反的推力。
因此，在不断地喷出气体时，火箭就能够产生足够的推力来克服重力并加速。
燃料燃烧反应火箭的燃料通常是一种化学物质，它在燃烧时会释放出大量的能量，这些能量被转化为高温高速气体。
这些气体通过喷嘴被喷出，产生推力。
火箭燃料通常由两种化学物质混合而成：一种是燃料，另一种是氧化剂。
当这两种物质混合后，在点火时就会发生剧烈的化学反应。
在这个过程中，化学键被断裂，并释放出大量的能量。
这些能量被转化为高温高速气体，并通过喷嘴喷出。
火箭引擎火箭引擎是火箭起飞最关键的部分之一。
它由喷嘴、燃料和氧化剂供应系统、点火器等组成。
当点火器触发后，引擎开始将燃料和氧化剂混合并点燃。
在点火后，高温高速气体通过喷嘴被排出，产生推力。
喷嘴是引擎中最关键的部分之一。
它的作用是将喷出的气体加速，从而产生更大的推力。
喷嘴通常被设计成收缩型，即从喷嘴入口到出口逐渐变窄。
这种设计可以使气体加速并增加推力。
空气阻力在火箭起飞过程中，空气阻力是一个很大的问题。
当火箭在低空飞行时，空气阻力会对其产生很大的影响，并且会消耗掉很多能量。
为了减少空气阻力，火箭通常采用流线型设计，并使用降低阻力的材料。
总结火箭起飞的原理主要依赖于牛顿第三定律和燃料燃烧反应。
高二化学选择性必修1_化学反应原理_知识拓展：火箭是如何产生宇宙速度的
火箭如何产生宇宙速度火箭飞行如何能产生战胜地球引力的宇宙速度呢?理论研究和迄今的实践都证明，火箭飞行速度决定于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比．发动机的喷气速度越高，火箭飞行的速度越高；火箭的质量比越大，火箭飞行能达到的速度越高．火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机相关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量，即净重)之比．因此，质量比大，就意味着火箭的结构质量小，所携带的推进剂多．火箭发动机的喷气速度，决定于推进剂的性能和发动机的设计和水平．推进剂的能量越高，可获得的喷气速度越高；设计水平越高，所获得的能量效率越高．能量效率是指推进剂燃烧的热化学能转变为高速排气的动能的效率．它包括推进剂的烯烧效率、发动机喷管效率和发动机的循环效率．能量效率越高，排气速度越高．在齐奥尔科夫斯基提出火箭公式的1903年，自然无从谈及火箭发动机的设计水平，就是公认的理想燃料液氢在当时也制造不出来，计算表明，用液氧、煤油等作推进剂，喷气速度也只能达到4.2千米/秒，其单级火箭还是无法达到约8千米/秒的第一宇宙速度．因为考虑到空气阻力，从地面起飞的火箭，实际上应达到9.5千米/秒以上的速度．这样一来，火箭的质量比应达到11以上才行．也就是说，推进剂应占火箭总质量的91%以上，这比蛋清蛋黄占整枚鸡蛋的份量比便还大，像软皮蛋一样单薄的火简明是造不出来的，即使造出来了也无法使用．但是，科学的思想不应钻牛角尖，退一步或拐个弯就是海阔天空．齐奥尔科夫斯基正是这样．他设想用多级火箭力的办法来达到宇宙速度，就是在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度．这样轻装前进，逐级提高，总能达到所需要的宇宙速度．采用多级火箭发射航天器，现在看来似乎是很平常的事，但在大约百年前，却是了不起的思想突破，是构筑宇宙航行大道石破天惊、振聋发聩的巨大里程碑．当然，火箭的级数不可能无限制地增加，因为对下面一级火箭来说，前面的各级火箭都是它的有效载荷．理论计算和实践经验表明，每增加1份有效载荷，火箭需要增加10份以上的质量来承受，随着火箭级数的增加，使最下面的一级和随后的几级变得越来越宠大，以致于无法起飞．多级火箭一般不超过4级．。
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2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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发射抛体的宇宙速度与抛体的运动轨迹
v
人造地球卫星— 椭圆(圆)
h
v1 7.9km s-1
人造行星—抛物线
v2 11.2km s-1
飞出太阳系—双曲线
v3 16.4km s-1
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
据此，作用于人的平均冲力为
F I 2000 N 10000N t 0.2
力的方向与汽车原来的前进方向相反。这个力 是由安全带提供的。如果不给驾乘人施加这个力， 人大约只要0.25s 就能撞上汽车前的挡风玻璃，其后 果可想而知。
有人也许会说，人体与座椅之间的摩擦力可起到缓冲
作用。其实不然，若摩擦因素为 =1，摩擦力也只有
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2. 第二宇宙速度 第二宇宙速度是抛体脱离地球引力所需的最小发射速度。
设 地球 mE RE ，抛体 m v2
解 取抛体和地球为一个系统，系统机械能守恒。
E地 E EP 0 Ek 0
1 2
mv22
(G
mEm ) RE
0
v2
2GmE RE
2 gRE
第二宇宙速度 v2 11.2km s-1
略去重力，系统总动量守恒 p p'
t
m
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
p m' v
p' (m'dm)(v dv) dm(v dv u)
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v dv
系统总动量守恒 p p'
略去二阶微分量 dmdv，整理得
t+dt m dm
y
m'dv udm 0
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
E 0
v2
``````
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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探路者无人飞船俯视火星
探路者飞船在火星着陆点地貌
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
物理学简明教程
3. 第三宇宙速度
第三宇宙速度是抛体脱离太阳引力束缚， 飞出太阳系所需的最小发射速度。
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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1. 第一宇宙速度
第一宇宙速度是在地面上发射人造地球卫星所需的
最小发射速度。
设 地球 mE RE
，抛体 m v1
hv
解 取卫星和地球为一个系统 ，
v1 hv
系统的机械能守恒。
``````
E地＝Eh
1 2
mv12
(G
mmE RE
)
1 2
mv 2
(G
mmE ) RE h
经稍许复杂的推导，可得到第三宇宙速度为
v3
v2 2G mE 16.4 km s1 RE
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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【章首问题答案】
设有一辆行驶在平直公路上的汽车，其时速为 100kmh-1，驾乘人的体重为72kg，如遇紧急情况要 在2s内停下汽车。由于驾乘人系了安全带，才使驾 乘人与汽车一并停下，这时安全带作用在驾乘人身 上的力有多大呢？如果提供不出这个力，驾乘人会 怎样？
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度 一、火箭飞行原理
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v dv
问：火箭是如何将地球气象卫星、
载人航天飞船、深空宇宙探测器等航天 t+dt
m dm
飞行器送上太空的 ？
y
以地为参考系, 时刻t 系统的动量为
p m' v
时刻t + dt 系统的动量为
u
dm
v
p' (m'dm)(v dv) dm(v dv u)
dm' dm dv u dm'
v
dv
m' u dm'
v0
m'0
m'
m'
v
v0
u ln
m'0 m'
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
u
dm
v
t m
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
v
v0
u ln
m'0 m'
u ln
N
➢ 质量比 N m0 m0
为了提高火箭的速度, 通常采用 多级火箭
答：当人随汽车在t = 2s的时间内停下的过程 中，速度由v0 = 100kmh-1改变为v = 0。人受到的 冲量为
I 0 mv 100103 72 kg m s-1 2000 kg m s-1 3600
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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v1 u ln N1
v2 v1 u ln N2
v3 v2 u ln N3
······
v u ln Ni u ln( N1N2 N3 )
i
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
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2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
二、宇宙速度
怎样才能把物体抛向 天空，使之成为人造卫星 或人造行星呢？1687年， 牛顿第一部著作《自然哲 学的数学原理》有一幅插 图，指出抛体的运动轨迹 取决于抛体的初速度。理 论上预言发射人造卫星的 可能性，270年后实现。
公里。
1970年4月24日，中国成功发射第一颗人造地球卫星
“东方红一号”。卫星重173千克，由长征一号运载火
箭送入近地点441千米、远地点2368千米、倾角68.44度
的椭圆轨道。
1977年我国发射升空 的“东方红三号”卫星
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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我国2005年10月12日发射的“神州六号”载人航 天飞船。它的结构为推进舱、返回舱、轨道舱，重量8 吨左右，用长征二号F型运载火箭进行发射。它是中国 第二艘搭载太空人(航天员费俊龙、聂海胜)的飞船，也 是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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E
1 2
mv12
(G
mmE RE
)
1 2
mv2
(G
mmE ) RE h
(1)
高 h 处：
v1
G
mmE (RE h)2
m
v2 RE h
(2)
hv
``````
地球表面处：
g
G
mE RE2
(3)
人造地球卫星地面发射速度 v1 地球表面附近 RE h
gRE
(2
RE RE
h
)
故 v1 gRE 7.9103 m s-1 ——第一宇宙速度
第二章 动量守恒定律和能量守恒定律
2-3 火箭飞行原理 宇宙速度
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1957年10月4日，苏联成功发射人类第一颗人造地
球卫星“卫星一号”。卫星重83公斤，球体直径为55厘
米，绕地球一周需1小时35分，距地面的最大高度为900