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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(cè)）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(shí)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(duì)常見的反沖現(xiàn)象作出解釋3.了解我國(guó)航天事業(yè)的巨大成就，增強(qiáng)對(duì)我國(guó)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(huì)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(huì)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(guó)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì)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(duì)性。一般都指對(duì)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(guó)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(jí)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(guó)采用多級(jí)火箭方案,逐級(jí)減輕火箭本身質(zhì)量，提高火箭速度.如圖所示為多級(jí)火箭結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)射時(shí)先點(diǎn)燃第一級(jí)火箭，燃料用完后，空殼自動(dòng)脫落，然后下級(jí)火箭開始工作，多級(jí)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(jí)火箭的運(yùn)載物質(zhì)量為M，每一級(jí)火箭的燃料及空殼質(zhì)量為m，燃料相對(duì)運(yùn)載物速率為v0，求：(1)若三級(jí)火箭一次把燃料噴完，運(yùn)載物獲得的速度大??；若三級(jí)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(jí)火箭逐漸向后噴氣，運(yùn)載物最終獲得的速度大??；若三級(jí)火箭逐漸向后噴氣，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(jí)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(jí)火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級(jí)火箭燃燒結(jié)束后，便自動(dòng)脫落，接著第二級(jí)、第三級(jí)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(jí)火箭一般都是三級(jí)火箭，因?yàn)槿?jí)火箭能達(dá)到目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求．而且級(jí)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(jí)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(jí)。

多級(jí)火箭發(fā)射時(shí)，較大的第一級(jí)火箭燃燒結(jié)束后，便自動(dòng)脫落，接著第二級(jí)、第三級(jí)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(jí)火箭所能達(dá)到的速度。目前多級(jí)火箭一般都是三級(jí)火箭，因?yàn)槿?jí)火箭能達(dá)到目前發(fā)射人造衛(wèi)星的需求。1.火箭的級(jí)數(shù)不是越多越好。級(jí)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(jí)火箭都是三級(jí)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(duì)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(duì)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(guó)-大力神號(hào)俄羅斯—能源號(hào)歐洲—阿麗亞娜長(zhǎng)征系列中國(guó)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(duì)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(huì)增加嗎?為什么?解：飛機(jī)的速度還會(huì)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(duì)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(jí)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(jí)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(duì)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(huì)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(duì)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(huì)增加；在碰撞過程中，系統(tǒng)的總動(dòng)能不可能增加，一般會(huì)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的大小；答案10m/s規(guī)定v0的方向?yàn)檎较颍ㄋ查g，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