第 6節(jié) 反 沖 現(xiàn) 象 火 箭第 一 章 動(dòng) 量 守 恒 定 律2019版 新 人 教 版 高 中 物 理選 擇 性 必 修 第 一 冊(cè) 問 題 導(dǎo) 入你 知 道 章 魚 、 烏 賊 是 怎 樣 游 動(dòng) 的 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 噴 水 的 方 向 ， 這 樣 可以 使 得 身 體 向 任 意 方 向 前 進(jìn) 。章 魚 游 動(dòng) 時(shí) 體 現(xiàn) 了 什 么 物 理 原 理 ？ 觀 察 并 思 考 ？ 通 過 以 下 現(xiàn) 象 請(qǐng) 抽 象 概 括 出 什 么 叫 反 沖 ？反 沖 運(yùn) 動(dòng) 都 體 現(xiàn) 了 什 么 原 理 ？ 2. 特 點(diǎn) ：b. 一 個(gè) 物 體 分 為 兩 個(gè) 部 分3. 原 理 ：a. 內(nèi) 力 作 用 下c.兩 部 分 運(yùn) 動(dòng) 方 向 相 反系統(tǒng)所受合外力為零或在某一方向上所受合外力為零。則在全過程中動(dòng)量守恒（或單方向動(dòng)量守恒）；內(nèi)力遠(yuǎn)大于合外力一 、 反 沖 現(xiàn) 象1. 定 義 ： 一 個(gè) 靜 止 的 物 體 在 內(nèi) 力 的 作 用 下 分 裂 為 兩 個(gè) 部 分 ，一 部 分 向 某 一 方 向 運(yùn) 動(dòng) 另 一 部 分 必 然 向 相 反 的 方 向 運(yùn) 動(dòng) 。這 個(gè) 現(xiàn) 象 叫 做 反 沖 （ recoil） 。 反 沖 1212 2211-0 vmmv vmvm 222211 2121 vmvmE 其 他 1. 把 一 個(gè) 氣 球 吹 起 來(lái) ， 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) 。做 一 做 、 并 解 釋 原 因2. 如 圖 ,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(lái) 。 氣球的反沖.rm 4 反 沖 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 和 防 止（ 1 ） 反 沖 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 ：農(nóng) 田 、 園 林 的 噴 灌 裝 置 能 夠 一 邊 噴 水 一 邊 旋 轉(zhuǎn) ， 這 是 因 為 水 從 噴口 噴 出 時(shí) ， 噴 管 因 反 沖 而 旋 轉(zhuǎn) 。反 擊 式 水 輪 機(jī) 是 使 水 從 轉(zhuǎn) 輪 的 葉 片 中 流 出 ， 使 轉(zhuǎn) 輪 由 于 反 沖 而 旋轉(zhuǎn) ， 從 而 帶 動(dòng) 發(fā) 電 機(jī) 發(fā) 電 。噴 氣 式 飛 機(jī) 和 火 箭 的 飛 行 是 靠 噴 出 的 氣 流 的 反 沖 作 用 而 獲 得 巨 大的 速 度 ， 等 等 。 噴 氣 背 包 中 國(guó) 首 飛 ： 秒 變 鋼 鐵 俠 _標(biāo) 清 _clip （ 2） 避 免 有 害 的 反 沖 運(yùn) 動(dòng) 射 擊 時(shí) ， 子 彈 向 前 飛 去 ， 槍 身 向 后 發(fā) 生 反 沖 ，這 就 會(huì) 影 響 射 擊 準(zhǔn) 確 性 等 。 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 。 Mvm v 00 Mmvv 0（ 2） 避 免 有 害 的 反 沖 運(yùn) 動(dòng) 電 影 里 經(jīng) 常 看 到 ， 火 炮 在 發(fā) 射 時(shí) 炮 管 一 縮 一 伸 的 運(yùn) 動(dòng) 。有 的 人 稱 之 為 ： 縮 頭 炮 。 巨 大 的 反 沖 作 用 就 全 靠 炮 身 的材 料 硬 度 抵 消 了 ， 這 樣 的 結(jié) 果 是 火 炮 的 壽 命 大 大 減 少 ，這 顯 然 是 不 合 理 的 設(shè) 計(jì) 。我 們 要 設(shè) 計(jì) 一 種 裝 置 ， 它 可 以 先 允 許 炮 身 做 反 沖 運(yùn) 動(dòng) ， 并把 這 種 運(yùn) 動(dòng) 能 量 儲(chǔ) 存 為 彈 性 勢(shì) 能 ， 等 反 沖 運(yùn) 動(dòng) 結(jié) 束 時(shí) ， 再利 用 儲(chǔ) 存 的 那 部 分 能 量 使 炮 身 復(fù) 位 ， 這 就 是 火 炮 緩 沖 器 的作 用 ?！?思 考 與 討 論 】 我 們 如 何 既 避 免 反 沖 危 害又 能 保 證 命 中 精 準(zhǔn) 度 呢 ？ 自 行 火 炮 的 止 退 犁 和 緩 沖 器（ 2） 避 免 有 害 的 反 沖 運(yùn) 動(dòng) 中 國(guó) 新 型 自 行 榴 彈 炮 裝 在 履 帶 式 的 車 輛 上 且 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 。 止 退 犁 和 兩 個(gè) 液 壓 緩 沖 器 ， 都是 為 了 提 高 火 炮 連 射 時(shí) 的 命 中 精 度 而 精 心 設(shè) 計(jì) 的 。 二 、 火 箭 在 箭 支 前 端 縛 火 藥 筒 ， 利 用 火 藥 向 后 噴 發(fā) 產(chǎn) 生 的 反 作 用力 把 箭 發(fā) 射 出 去 。 這 是 世 界 上 最 早 的 噴 射 火 器 。 古 代 火 箭 火 箭 和 噴 氣 式 飛 機(jī) 的 飛 行 應(yīng) 用 了 反 沖 的 原 理 ， 它 們 都 靠 噴 出 氣流 的 反 沖 作 用 而 獲 得 巨 大 的 速 度 。 現(xiàn) 代 的 噴 氣 式 飛 機(jī) ， 靠 連 續(xù)不 斷 地 向 后 噴 出 氣 體 ， 飛 行 速 度 能 夠 超 過 1000 m/s。 火 箭 的 主要 用 途 是 ： 利 用 火 箭 作 為 運(yùn) 載 工 具 ， 例 如 發(fā) 射 探 測(cè) 器 、 常 規(guī) 彈頭 、 人 造 衛(wèi) 星 和 宇 宙 飛 船 等 ?，F(xiàn) 代 火 箭思 考 與 討 論質(zhì) 量 為 m 的 人 在 遠(yuǎn) 離 任 何 星 體 的 太 空 中 ， 與 他 旁 邊的 飛 船 相 對(duì) 靜 止 。 由 于 沒 有 力 的 作 用 ， 他 與 飛 船 總 保持 相 對(duì) 靜 止 的 狀 態(tài) 。 這 個(gè) 人 手 中 拿 著 一 個(gè) 質(zhì) 量 為 m 的 小 物 體 。 現(xiàn) 在他 以 相 對(duì) 于 飛 船 為 u 的 速 度 把 小 物 體 拋 出 1. 小 物 體 的 動(dòng) 量 改 變 量 是 多 少 ？ 2. 人 的 動(dòng) 量 改 變 量 是 多 少 ？3.人 的 速 度 改 變 量 是 多 少 ？ 火 箭 結(jié) 構(gòu)主 要 由 殼 體 和 燃 料 兩 大 部 分組 成 。 火 箭 燃 料 燃 燒 時(shí) ， 從尾 部 噴 出 的 氣 體 具 有 很 大 的動(dòng) 量 ， 根 據(jù) 動(dòng) 量 守 恒 定 律 ，火 箭 獲 得 等 大 反 向 的 動(dòng) 量 ，因 而 發(fā) 生 連 續(xù) 的 反 沖 現(xiàn) 象 ，隨 著 推 進(jìn) 劑 的 消 耗 ， 火 箭 的質(zhì) 量 逐 漸 減 小 ， 加 速 度 不 斷增 大 ， 當(dāng) 推 進(jìn) 劑 燃 盡 時(shí) ， 火箭 即 以 獲 得 的 速 度 沿 著 預(yù) 定的 空 間 軌 道 飛 行 。 【 例 2】設(shè) 火 箭 在 t時(shí) 間 內(nèi) 噴 射 燃 氣 的 質(zhì) 量 是 m， 噴出 燃 氣 的 速 度 是 u， 噴 出 燃 氣 后 火 箭 的 質(zhì) 量 是 m。設(shè) 法 算 火 箭 獲 得 的 速 度 v。 （ 忽 略 阻 力 和 重 力的 影 響 ）解 出 ： 0m v m u m uv m 解 ： 由 動(dòng) 量 守 恒 定 律 由 ， 可 以 看 出 火 箭 所 獲 得 的 速 度 與 那 些因 素 有 關(guān) ? 一 是 燃 氣 噴 射 的 速 度 二 是 火 箭 的 質(zhì) 量 比 ， 即 ： 火 箭 起 飛 時(shí) 噴 射 燃 氣 的 質(zhì) 量與 燃 料 燃 盡 時(shí) 箭 體 的 質(zhì) 量 之 比【 思 考 與 討 論 】m uv m 噴 氣 的 速 度 ： 目 前 常 用 的 液 體 燃 料 是 液 氫 ， 用 液 氧 做 氧 化 劑 ， 噴 氣 速 度 在 2000m /s到 4000m /s 質(zhì) 量 比 ： 火 箭 的 質(zhì) 量 比 在 6 10 左 右要 發(fā) 射 人 造 衛(wèi) 星 ， 這 樣 的 火 箭 還 不 能 達(dá) 到 所 需 的 速 度如 何 解 決 衛(wèi) 星發(fā) 射 問 題 ？ 【 答 案 】 ： 運(yùn) 用 多 級(jí) 火 箭 多 級(jí) 火 箭 是 由 單 級(jí) 火 箭 構(gòu) 成 ， 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 一級(jí) 火 箭 脫 落 ， 多 級(jí) 火 箭 及 時(shí) 把 外殼 脫 落 ， 使 火 箭 的 總 質(zhì) 量 減 少 ，因 而 達(dá) 到 更 高 的 速 度 。 但 并 非 火箭 級(jí) 數(shù) 越 多 就 越 好 ， 級(jí) 數(shù) 越 多 結(jié)構(gòu) 越 復(fù) 雜 ， 技 術(shù) 要 求 越 高 ， 工 作可 靠 性 越 差 ， 目 前 多 級(jí) 火 箭 一 般是 三 級(jí) 火 箭 。 例3.如圖，長(zhǎng)為l ,質(zhì)量為M的船停在靜水中，一個(gè)質(zhì)量為m的人（可視為質(zhì)點(diǎn)）從靜止開始從船頭走向船尾，不計(jì)水的阻力，求船和人相對(duì)地面的位移各是多少？ v1v2 x1x2210 Mvmv tMvtmv 210 210 Mxmx lxx 21 lmMMx 1 lmM mx 2 人動(dòng)船動(dòng)，人靜船靜，人快船快，人慢船慢，人左船右；速度比等于質(zhì)量的反比， 位移比等于質(zhì)量的反比； mMxx 21 原 理 ： 現(xiàn) 代 火 箭 ：定 義 ： 古 代 火 箭靜 止 物 體 的 兩 部 分 在 內(nèi) 力 作 用 下 向 相 反方 向 運(yùn) 動(dòng) 的 現(xiàn) 象反沖運(yùn)動(dòng) 火箭 ，動(dòng) 量 守 恒 動(dòng) 能 增 加用 途 ： 運(yùn) 載 工 具結(jié) 構(gòu) ： 殼 體 和 燃 料速 度 ：多 級(jí) 火 箭應(yīng) 用 ： 反 擊 式 水 輪 機(jī) 、 噴 氣 式 背 包 、 水 上 飛 行 器 等防 止 ： 自 行 榴 彈 炮 止 退 犁 、 液 壓 緩 沖 器 等 。課 堂 小 結(jié) 作 業(yè) 1.整 理 筆 記 2.完 成 課 本 P27頁(yè) 后 練 習(xí) 題