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，加熱周圍空氣，空氣膨脹推動(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、不分開的兩種情況下，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的炮車靜止在水平面上，炮筒與水平方向夾角為θ，當(dāng)炮車發(fā)射一枚質(zhì)量為m、對(duì)地速度為v0的炮彈后，炮車的反沖速度為________，若炮車與水平面的摩擦力為其重力的k倍，則炮車后退的距離為________。 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的小車靜止在光滑的水平地面上，車上裝有半徑為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)，小車移動(dòng)的距離為________，小球的速度大小為________。 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．平板車停在水平光滑的軌道上，平板車上有一人從固定在車上的貨廂邊沿水平方向順著軌道方向跳出，落在平板車地板上的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，車連同貨廂的質(zhì)量為M＝4m，貨廂高度為h＝1.25 m，求： (1)車在人跳出后到落到地板期間的反沖速度？ (2)人落在車地板上并站定以后，車還運(yùn)動(dòng)嗎？車在地面上移動(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，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)表示炮車是后退的。 炮車獲得后退速度后，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，炮車后退的加速度為： a＝＝kg。 又由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得炮車后退距離 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)車和小球相對(duì)位移是R，利用“人船模型”可得小車移動(dòng)距離為。設(shè)此時(shí)小車速度為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，人與貨廂及車組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒。人落到車上的過(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、車和貨廂)水平方向動(dòng)量守恒，設(shè)人的水平速度是v1，車的反沖速度是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)車的水平位移為s2＝v2t＝1.60.5 m＝0.8 m。 人落到車上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)，人落到車上前的水平速度仍為v1，車的速度為v2，落到車上后設(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。 故人落到車上A點(diǎn)站定后車的速度為零。