2020学年高中物理 16.5反冲运动 火箭

2020学年高中物理 16.5反冲运动 火箭

‎16.5反冲运动 火箭 ‎ ‎1.下列不属于反冲运动的是　(　　)‎ A.喷气式飞机的运动　　　　 B.直升机的运动 C.火箭的运动 D.反击式水轮机的运动 ‎【解析】选B。喷气式飞机和火箭都是靠喷出气体,通过反冲获得前进的动力;直升机运动是飞机螺旋桨与外部空气作用的结果,不属于反冲运动;反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转,水轮机通过反冲获得动力,喷气式飞机和火箭都是靠反冲运动获得动力,故只有B不属于反冲运动。‎ ‎2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是　(　　)‎ A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气,然后向后推出,空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭 ‎【解析】选B。火箭工作的原理是反冲运动。火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾部喷管迅速喷出时,使火箭获得反冲速度,故正确答案为选项B。‎ ‎3.步枪的质量为‎4.1 kg,子弹的质量为‎9.6 g,子弹从枪口飞出时的速度为 ‎865 m‎/s,步枪的反冲速度为　(　　)‎ A‎.2 m/s　　　B‎.1 m/s　　　C‎.3 m/s　　　D‎.4 m/s ‎【解析】选A。由动量守恒定律:Mv1-mv2=0,得v1=m/s=‎2 m/s。‎ ‎4.(2013·福建高考)将静置在地面上,质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空,在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响,则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是　‎ ‎(　　)‎ A.v0　　　 B.v‎0　‎　　 C.v0　 　　D.v0‎ ‎【解题指南】解答本题时应明确以下两点:‎ ‎(1)火箭模型在极短时间点火升空,遵循动量守恒定律。‎ ‎(2)明确点火前后两个状态下研究对象的动量。‎ ‎【解析】选D。火箭模型在极短时间点火,设火箭模型获得速度为v,据动量守恒定律有0=(M-m)v-mv0,得v=v0,故选D。‎ ‎5.(2020·汕尾高二检测)一辆平板车停止在光滑水平面上,车上一人(原来也静止)用大锤敲打车的左端,如图所示,在锤的连续敲打下,这辆平板车将　(　　)‎ A.左右来回运动 B.向左运动 C.向右运动 D.静止不动 ‎【解析】选A。系统水平方向总动量为零,车左右运动方向与锤头左右运动方向相反,锤头运动,车就运动,锤头不动,车就停下。‎ ‎6.(多选)假设一个小型宇宙飞船沿人造地球卫星的轨道在高空中绕地球做匀速圆周运动,如果飞船沿其速度相反的方向发射一个质量不可忽略的物体Q,则下列说法正确的是　(　　)‎ A.Q与飞船都可能沿原轨道运动 B.Q与飞船都不可能沿原轨道运动 C.Q运动的轨道半径可能减小,而飞船的运行半径一定增加 D.Q可能沿地球半径方向竖直下落,而飞船运行的轨道半径将增大 ‎【解析】选C、D。根据反冲,飞船的速度一定增大,做离心运动,轨道半径变大;而Q的速率有三种可能,比原来的大、比原来的小、与原来的相等,由此Q的轨道半径比原来的大、比原来的小、与原来的相同,都有可能;另外,若对地速度为零,则会竖直下落,选项C、D正确。‎ ‎7.(多选)某人站在静浮于水面的船上,从某时刻开始人从船头走向船尾,设水的阻力不计,那么在这段时间内人和船的运动情况是　(　　)‎ A.人匀速走动,船则匀速后退,且两者的速度大小与他们的质量成反比 B.人匀加速走动,船则匀加速后退,且两者的速度大小一定相等 C.不管人如何走动,在任意时刻两者的速度总是方向相反,大小与他们的质量成正比 D.人走到船尾不再走动,船则停下 ‎【解析】选A、D。人和船组成的系统动量守恒,总动量为0;不管人如何走动,在任意时刻两者的动量大小相等,方向相反,且两者的速度大小与他们的质量成反比,A对,B、C错;由动量守恒知,若人停止运动则船也停止运动,D对。‎ ‎8.总质量为M的火箭以速度v0飞行,质量为m的燃料相对于火箭以速度v′向后喷出,求火箭的速度大小。‎ ‎【解析】由动量守恒定律 Mv0=(M-m)v+m(v-v′),‎ 所以v=v0+v′。‎ 答案:v0+v′‎ ‎9.一个不稳定的原子核质量为M,处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲,已知放出的粒子的动能为E0,求原子核反冲的动能。‎ ‎【解析】由动量守恒定律 ‎(M-m)v=mv0=p,‎ 又Ek=,E0=‎ 由以上各式可得Ek=E0‎ 答案:E0‎ ‎1.载人气球原静止于高度为h的空中,气球质量为M,人的质量为m。若人要沿绳梯着地,则绳梯长至少是　(　　)‎ A.　　　　　　　　　　 B.‎ C. D.h ‎【解题指南】解答本题时应注意以下两点:‎ ‎(1)人和气球组成的系统所受合外力为零,系统的动量守恒。‎ ‎(2)人下降时气球向上升起,绳长要大于开始时气球的高度。‎ ‎【解析】选A。设人相对地的速度是v,气球相对地的速度是v′,气球和人组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,有mv-Mv′=0。人相对地的位移是h,设气球相对地的位移是x,则 m=M,得x=。故绳梯总长度l =h+x=h+=h。‎ ‎2.在平静的水面上,有一条载人的小船,船的质量为M,人的质量为m,人相对船静止,若船长为L,且开始时系统静止,当人从船的一头走到另一头停止时,船后退的距离是多少?(水的阻力不计)‎ ‎【解析】开始时人和船都静止,总动量为零,设人在船上走一段较短时间Δt时,人和船都看作是匀速运动,推广到整个过程时,人的平均速度为,船的平均速度为,如图。设船后退s,则人的位移为L-s,‎ 由动量守恒定律m-M=0‎ m=M,=,所以s=。‎ 答案:‎ ‎【总结提升】求解人船模型问题的方法 ‎(1)人船模型问题中,两物体的运动特点是人走船行,人停船停。‎ ‎(2)船长通常理解为人相对船的位移。在求解过程中应讨论的是人及船相对地的位移,即相对于同一参照物的位移。‎ ‎(3)要画好人船移动示意图,还要特别注意两个物体相对于地面的移动方向。‎ ‎3.连同炮弹在内的炮车停放在水平地面上。炮车和炮弹的总质量为M,炮膛中炮弹质量为m,炮车与地面的动摩擦因数为μ,炮筒的仰角为α。设炮弹以速度v0射出,那么炮车在地面上后退的距离为多少?‎ ‎【解析】在发炮瞬间,炮车与炮弹组成的系统在水平方向上动量守恒0=mv0cosα-(M-m)v,‎ 所以v=。‎ 发炮后,炮车受地面阻力作用而做匀减速运动,利用运动学公式-v2=2as,其中vt=0,‎ a=-=-μg,‎ 所以s=。‎ 答案:‎ ‎4.火箭喷气发动机每次喷出质量m=‎0.2kg的气体,喷出的气体相对地面的速度为v=‎1000m/s,设火箭的初始质量M=‎300kg,发动机每秒喷气20次,若不计地球对它的引力作用和空气阻力作用,求火箭发动机工作5s后火箭的速度达多大?‎ ‎【解析】以火箭(包括在5s内要喷出的气体)为系统,系统的总动量守恒,以火箭的运动方向为正,则 ‎0=m1v′-m2v 所喷出的气体质量m2=(m×20×5),5s后火箭的质量m1=(M-m2),代入数据解得 v′=‎71.4m/s 答案:‎71.4m/s ‎5.课外科技小组制作一只“水火箭”,用压缩空气压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2×10‎-4m3‎/s,喷出速度保持为对地‎10 m/s。启动前火箭总质量为‎1.4 kg,则启动2 s末火箭的速度可以达到多少?已知火箭沿水平轨道运动阻力不计,水的密度是1.0×‎103kg/m3。‎ ‎【解析】“水火箭”喷出水流做反冲运动。设火箭原来总质量为M,喷出水流的流量为Q,水的密度为ρ,水流的喷出速度为v,火箭的反冲速度为v′,由动量守恒定律得 ‎(M-ρQt)v′=ρQtv 代入数据解得火箭启动后2s末的速度为 v′==1.0×m/s=‎4 m/s。‎ 答案:‎4m/s ‎