2019-2020年高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 5 反沖運(yùn)動(dòng) 火箭課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 5 反沖運(yùn)動(dòng) 火箭課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5 基礎(chǔ)鞏固 1.下列屬于反沖運(yùn)動(dòng)的有(　　) A．噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)　　　 B．直升機(jī)上升 C．火箭上升 D．反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動(dòng) 2．質(zhì)量為M的原子核，原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)它以速度v放出質(zhì)量為m的粒子時(shí)(設(shè)v方向?yàn)檎?，剩余部分速度為(　　) A． B． C． D． 3．運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開(kāi)始工作后，火箭做加速運(yùn)動(dòng)的原因是(　　) A．燃料燃燒推動(dòng)空氣，空氣反作用推動(dòng)火箭 B．火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后噴出，氣體的反作用力推動(dòng)火箭 C．火箭吸入空氣，然后向后排出，空氣對(duì)火箭的反作用力推動(dòng)火箭 D．火箭燃料燃燒發(fā)熱，加熱周?chē)諝?，空氣膨脹推?dòng)火箭 4．一炮艇在湖面上勻速行駛，突然從船頭和船尾同時(shí)向前和向后發(fā)射一發(fā)炮彈，設(shè)兩炮彈質(zhì)量相同，相對(duì)于地的速率相同，牽引力、阻力均不變，則船的動(dòng)量和速度的變化情況是(　　) A．動(dòng)量不變，速度增大 B．動(dòng)量變小，速度不變 C．動(dòng)量增大，速度增大 D．動(dòng)量增大，速度減小 5．課外科技小組制作一只“水火箭”，用壓縮空氣壓出水流使火箭運(yùn)動(dòng)。假如噴出的水流流量保持為210－4 m3/s，噴出速度保持為對(duì)地10 m/s。啟動(dòng)前火箭總質(zhì)量為1.4 kg，則啟動(dòng)2 s末火箭的速度可以達(dá)到多少？已知火箭沿水平軌道運(yùn)動(dòng)阻力不計(jì)，水的密度是103 kg/m3。 能力提升 6．如圖所示，一艘小船靜止在平靜的水面上，船前艙有一抽水機(jī)，抽水機(jī)把前艙的水均勻抽往后艙，不計(jì)水的阻力，在船的前艙與后艙分開(kāi)、不分開(kāi)的兩種情況下，船的前艙運(yùn)動(dòng)情況分別是(　　) A．不動(dòng)；向前勻速運(yùn)動(dòng) B．向前加速運(yùn)動(dòng)；不運(yùn)動(dòng) C．不動(dòng)；向后勻速運(yùn)動(dòng) D．向后勻速運(yùn)動(dòng)；不動(dòng) 7．如圖所示，半徑為R，質(zhì)量為M，內(nèi)表面光滑的半球物體放在光滑的水平面上，左端緊靠著墻壁，一個(gè)質(zhì)量為m的小球從半球形物體的頂端的a點(diǎn)無(wú)初速釋放，圖中b點(diǎn)為半球的最低點(diǎn)，c點(diǎn)為半球另一側(cè)與a同高的頂點(diǎn)，關(guān)于物體M和m的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的有(　　) A．m從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，m與M系統(tǒng)的機(jī)械能守恒、動(dòng)量守恒 B．m從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，m的機(jī)械能守恒 C．m釋放后運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)右側(cè)，m能到達(dá)最高點(diǎn)c D．當(dāng)m首次從右向左到達(dá)最低點(diǎn)b時(shí)，M的速度達(dá)到最大 8．如圖所示，質(zhì)量為M的炮車(chē)靜止在水平面上，炮筒與水平方向夾角為θ，當(dāng)炮車(chē)發(fā)射一枚質(zhì)量為m、對(duì)地速度為v0的炮彈后，炮車(chē)的反沖速度為_(kāi)_______，若炮車(chē)與水平面的摩擦力為其重力的k倍，則炮車(chē)后退的距離為_(kāi)_______。 9．如圖所示，質(zhì)量為m、半徑為R的小球，放在半徑為2R、質(zhì)量為2m的大空心球內(nèi)。大球開(kāi)始靜止在光滑的水平面上，當(dāng)小球從圖示位置無(wú)初速度地沿大球內(nèi)壁滾到最低點(diǎn)時(shí)，大球移動(dòng)的距離是多少？ 10．如圖所示，質(zhì)量為M的小車(chē)靜止在光滑的水平地面上，車(chē)上裝有半徑為R的半圓形光滑軌道，現(xiàn)將質(zhì)量為m的小球在軌道的邊緣由靜止釋放，當(dāng)小球滑至半圓軌道的最低位置時(shí)，小車(chē)移動(dòng)的距離為_(kāi)_______，小球的速度大小為_(kāi)_______。 11．將一支小火箭沿豎直方向向上發(fā)射，最初0.3 s內(nèi)噴出的氣體的質(zhì)量為3010－3 kg，氣體噴出的速度為600 m/s，若噴氣后火箭的質(zhì)量為2 kg，火箭在這段時(shí)間內(nèi)上升的平均加速度為多少？(g取10 m/s2) 12．平板車(chē)停在水平光滑的軌道上，平板車(chē)上有一人從固定在車(chē)上的貨廂邊沿水平方向順著軌道方向跳出，落在平板車(chē)地板上的A點(diǎn)，距貨廂水平距離為l＝4 m，如圖所示。人的質(zhì)量為m，車(chē)連同貨廂的質(zhì)量為M＝4m，貨廂高度為h＝1.25 m，求： (1)車(chē)在人跳出后到落到地板期間的反沖速度？ (2)人落在車(chē)地板上并站定以后，車(chē)還運(yùn)動(dòng)嗎？車(chē)在地面上移動(dòng)的位移是多少？ 參考答案 1. 答案：ABCD　點(diǎn)撥：噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣體，通過(guò)反沖獲得前進(jìn)的動(dòng)力；直升機(jī)通過(guò)螺旋槳擊打空氣，通過(guò)反沖獲得上升的動(dòng)力；反擊式水輪機(jī)靠水輪擊打水，通過(guò)反沖獲得動(dòng)力。 2. 答案：B　點(diǎn)撥：由于原子核原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此系統(tǒng)總動(dòng)量為零，原子核放出粒子的過(guò)程中，動(dòng)量守恒。 由動(dòng)量守恒定律得：0＝mv＋(M－m)v′ 解得v′＝－。 3. 答案：B　點(diǎn)撥：火箭工作的原理是反沖運(yùn)動(dòng)，是火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈膊繃姽苎杆賴姵鰰r(shí)，使火箭獲得反沖速度。故B項(xiàng)正確。 4. 答案：A　點(diǎn)撥：整個(gè)過(guò)程動(dòng)量守恒，由于兩發(fā)炮彈的總動(dòng)量為零，因而船的動(dòng)量不變。又因?yàn)榇l(fā)射炮彈后質(zhì)量減小，因此船的速度增大。 5. 答案：4 m/s 點(diǎn)撥：“水火箭”噴出水流做反沖運(yùn)動(dòng)，設(shè)火箭原來(lái)總質(zhì)量為M，噴出水流的流量為Q，水的密度為ρ，水流的噴出速度為v，火箭的反沖速度為v′，由動(dòng)量守恒定律得 (M－ρQt)v′＝ρQtv 火箭啟動(dòng)后2 s末的速度為 v′＝＝ m/s＝4 m/s。 6. 答案：B　點(diǎn)撥：分開(kāi)時(shí)，前艙和抽出的水相互作用，靠反沖向前加速運(yùn)動(dòng)。若不分開(kāi)，前后艙和水是一個(gè)整體，則不動(dòng)。 7. 答案：BD　點(diǎn)撥：m從a到b的過(guò)程中，半球槽與墻壁存在相互作用，(m＋M)系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，但球與槽間的作用力是系統(tǒng)內(nèi)的彈力，且對(duì)m不做功，故m機(jī)械能守恒；m運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)右側(cè)，M向右運(yùn)動(dòng)，彈力對(duì)M做正功，對(duì)m做負(fù)功，兩者速度相同，m達(dá)到最高點(diǎn)，但由于m有機(jī)械能損失，故不能達(dá)c點(diǎn)；在m相對(duì)M從最高點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)直到b的過(guò)程中，M受到的彈力一直使M加速，故m到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，M的速度達(dá)最大。 8. 答案：　 點(diǎn)撥：在炮彈發(fā)射過(guò)程中，炮車(chē)所受阻力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，故系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒 設(shè)炮車(chē)速度為v，則由水平方向動(dòng)量守恒可得： 0＝Mv＋mv0cos θ， 所以v＝。 負(fù)號(hào)表示炮車(chē)是后退的。 炮車(chē)獲得后退速度后，在摩擦阻力作用下后退一段距離將停下。 由題意及牛頓第二定律可得，炮車(chē)后退的加速度為： a＝＝kg。 又由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得炮車(chē)后退距離 s＝。 9. 答案： 點(diǎn)撥：由水平方向平均動(dòng)量守恒得 mx小球＝2mx大球 又x小球＋x大球＝R 聯(lián)立解得x大球＝。 10. 答案：　 點(diǎn)撥：以車(chē)和小球?yàn)橄到y(tǒng)在水平方向總動(dòng)量為零且守恒。當(dāng)小球滑至最低處時(shí)車(chē)和小球相對(duì)位移是R，利用“人船模型”可得小車(chē)移動(dòng)距離為。設(shè)此時(shí)小車(chē)速度為v1，小球速度為v2，由動(dòng)量守恒為Mv1＝mv2，由能量守恒有mgR＝，解得v2＝。 11. 答案：20 m/s2 點(diǎn)撥：由牛頓第二定律知，物體的加速度由物體所受合外力決定，火箭噴出氣體的過(guò)程中，受向上的反沖力和向下的重力作用，因此只要求出火箭所受反沖力，就可求出加速度。 設(shè)噴出氣體的質(zhì)量為m，速度為v，則m＝3010－3 kg，v＝600 m/s，這部分氣體在Δt＝0.3 s內(nèi)，速度由0變到v，設(shè)平均作用力為F，由加速度定義式知?dú)怏w的加速度a＝＝＝ m/s2＝2 000 m/s2，由牛頓第二定律知F＋mg＝ma，所以氣體受到的平均作用力F＝ma－mg＝3010－32 000 N－3010－310 N≈60 N。 根據(jù)牛頓第三定律知，小火箭受到的反沖力F′＝60 N，方向向上，設(shè)其加速度為a′，據(jù)牛頓第二定律得F′－Mg＝Ma′，所以a′＝＝20 m/s2。 12. 答案：(1)1.6 m/s　(2)不動(dòng)　0.8 m 點(diǎn)撥：人從貨廂上跳出的過(guò)程中，人與貨廂及車(chē)組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒。人落到車(chē)上的過(guò)程中，系統(tǒng)水平方向動(dòng)量仍守恒。人在空中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中做平拋運(yùn)動(dòng)，而車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (1)人從貨廂邊跳離的過(guò)程，系統(tǒng)(人、車(chē)和貨廂)水平方向動(dòng)量守恒，設(shè)人的水平速度是v1，車(chē)的反沖速度是v2，則mv1－Mv2＝0，解得v2＝。 人跳離貨廂后做平拋運(yùn)動(dòng)，車(chē)以v2做勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝＝0.5 s，在這段時(shí)間內(nèi)人的水平位移s1和車(chē)的位移s2分別為 s1＝v1t，s2＝v2t。 由圖可知，s1＋s2＝l。 即v1t＋v2t＝l，則v2＝＝1.6 m/s。 (2)車(chē)的水平位移為s2＝v2t＝1.60.5 m＝0.8 m。 人落到車(chē)上A點(diǎn)的過(guò)程，系統(tǒng)水平方向的動(dòng)量守恒(水平方向系統(tǒng)沒(méi)有受外力，而豎直方向支持力大于重力，合力不為零)，人落到車(chē)上前的水平速度仍為v1，車(chē)的速度為v2，落到車(chē)上后設(shè)它們的共同速度為v，根據(jù)水平方向動(dòng)量守恒得：mv1－Mv2＝(M＋m)v，可得v＝0。 故人落到車(chē)上A點(diǎn)站定后車(chē)的速度為零。