高中物理 16.5反冲运动 火箭课时训练（含解析）新人教版选修35.doc

16.5反冲运动 火箭【小题达标练】一、选择题1.下列不属于反冲运动的是()a.喷气式飞机的运动b.物体做自由落体的运动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;反击式水轮机靠水轮击打水,通过反冲获得动力。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.燃料推动空气,空气的反作用力推动火箭b.火箭发动机用力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,然后向后排出,空气对火箭的反作用力推动火箭d.火箭燃料燃烧放热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭【解析】选b。本题考查了火箭的工作原理,要注意与火箭发生相互作用的是火箭喷出的燃气,而不是外界的空气。火箭的工作原理是利用反冲运动,是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾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.(2015泉州高二检测)一人静止于光滑的水平冰面上,现欲向前运动,下列方法中可行的是()a.向后踢腿 b.手臂向后甩c.在冰面上滚动 d.脱下外衣向后水平抛出【解析】选d。由于冰面没有摩擦,所以c不行;a、b由于总动量守恒,所以人整体不动;只有d是反冲现象,可使人向前运动。4.如图所示,质量为m的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶,一质量为m的救生员站在船尾,相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中,则救生员跃出后小船的速率为()a.v0+mmv b.v0-mmvc.v0+mm(v0+v) d.v0+mm(v0-v)【解析】选c。根据动量守恒定律,选向右方向为正方向,则有(m+m)v0=mv-mv,解得v=v0+mm(v0+v),故选项c正确。5.(多选)一平板小车静止在光滑的水平地面上,甲、乙两人分别站在车的左、右端,当两人同时相向而行时,发现小车向左移,则()a.若两人质量相等,必有v甲v乙b.若两人质量相等,必有v甲m乙d.若两人速率相等,必有m甲m乙v乙,若m甲=m乙,则v甲v乙,a对,b错;若v甲=v乙,则m甲m乙,c对,d错。【补偿训练】质量为m的人,原来静止在乙船上,甲、乙两船质量均为m,开始时都静止,人先跳到甲船,立即再跳回乙船,这时两船速度之比v甲v乙等于()a.11 b.mmc.(m+m)m d.m(m+m)【解析】选c。对人及甲、乙两船,由动量守恒定律得:mv甲-(m+m)v乙=0,即v甲v乙=(m+m)m,故c正确。6.(2015厦门高二检测)如图所示,自行火炮连同炮弹的总质量为m,当炮管水平,火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中,发射一枚质量为m的炮弹后,自行火炮的速度变为v2,仍向右行驶。则炮弹相对炮筒的发射速度v0为()a.m(v1-v2)+mv2m b.m(v1-v2)mc.m(v1-v2)+2mv2m d.m(v1-v2)-m(v1-v2)m【解题指南】对自行火炮和炮弹组成的系统,由于不受阻力作用,系统所受合外力为0,开炮过程中动量守恒,需要注意开炮后自行火炮的质量在减少。【解析】选b。自行火炮水平匀速行驶时,牵引力与阻力平衡,系统动量守恒。设向右为正方向,发射前动量之和为mv1,发射后系统的动量之和为(m-m)v2+m(v2+v0)。由mv1=(m-m)v2+m(v2+v0)解得v0=mv1-(m-m)v2m-v2=m(v1-v2)m。故b正确。7.如图所示,半径为r的光滑圆槽质量为m,静止在光滑水平面上,其内表面有一质量为m的小球被细线吊着位于槽的边缘处,如将线烧断,小球滑行到最低点向右运动时,圆槽的速度为()a.0 b.mm2mgrm+m,向左c.mm2mgrm+m,向右 d.不能确定【解析】选b。以水平向右为正方向,设在最低点时m和m的速度大小分别为v和v,根据动量守恒定律得:0=mv-mv,根据机械能守恒定律列方程得:mgr=12mv2+12mv2,联立以上两式解得v=mm2mgrm+m,向左,故选项b正确。【总结提升】三种情况下的动量、机械能特点(1)对于弹性碰撞的物体,其作用过程中系统机械能守恒,动量守恒。(2)对于非弹性碰撞来说,系统的动量守恒,但机械能不守恒,系统损失的机械能等于转化的内能或其他形式的能。(3)反冲作用情况下,系统的动量守恒,系统的总动能一般会增加。二、非选择题8.在太空中有一枚相对于太空站静止的质量为m的火箭,突然喷出质量为m的气体,喷出的速度为v0(相对于太空站),紧接着再喷出质量也为m的另一部分气体,此后火箭获得的速度为v(相对于太空站),火箭第二次喷射的气体的速度多大(相对于太空站)?【解析】题意中所涉及的速度都是相对于太空站的,可以直接使用动量守恒定律,规定v0的方向为正方向,则:第一次喷气后:0=mv0-(m-m)v1,v1=mv0m-m,v1与正方向相反第二次喷气后:-(m-m)v1=mv2-(m-2m)v,所以v2=(mm-2)v-v0。答案:见解析【补偿训练】(2015嘉兴高二检测)一火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1 000m/s,设火箭质量m=300kg,发动机每秒喷气20次。(1)当第三次气体喷出后,火箭的速度多大。(2)运动第1s末,火箭的速度多大。【解析】方法一:喷出气体运动方向与火箭运动方向相反,系统动量守恒。(m-m)v1-mv=0所以v1=mvm-m。第二次气体喷出后,火箭速度为v2,有(m-2m)v2-mv=(m-m)v1所以v2=2mvm-2m第三次气体喷出后,火箭速度为v3,有(m-3m)v3-mv=(m-2m)v2所以v3=3mvm-3m=30.21 000300-30.2m/s=2m/s。依次类推,第n次气体喷出后,火箭速度为vn,有(m-nm)vn-mv=m-(n-1)mvn-1所以vn=nmvm-nm因为每秒喷气20次,所以1s末火箭速度为v20=20mvm-20m=200.21 000300-200.2m/s=13.5m/s方法二:整体选取研究对象,运用动量守恒定律求解(1)设喷出三次气体后火箭的速度为v3,以火箭和喷出的三次气体为研究对象,据动量守恒定律得:(m-3m)v3-3mv=0所以v3=3mvm-3m=2m/s(2)以火箭和喷出的20次气体为研究对象(m-20m)v20-20mv=0所以v20=20mvm-20m=13.5m/s答案:(1)2m/s(2)13.5m/s【大题提升练】1.(1)(多选)小车ab静置于光滑的水平面上,a端固定一个轻质弹簧,b端粘有橡皮泥,ab车的质量为m,长为l,质量为m的木块c放在小车上,用细绳连接于小车的a端并使弹簧压缩,开始时ab与c都处于静止状态,如图所示,当突然烧断细绳,弹簧被释放,使木块c离开弹簧向b端冲去,并跟b端橡皮泥粘在一起,以下说法中正确的是()a.如果ab车内表面光滑,整个系统任何时刻机械能都守恒b.整个系统任何时刻动量都守恒c.当木块对地运动速度大小为v时,小车对地运动速度大小为mmvd.ab车向左运动最大位移大于mml(2)某学习小组在探究反冲运动时,将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2的小玩具船上,利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在t的时间内向后喷射的气体的质量为m,忽略水的阻力,则喷射出质量为m的气体后,小船的速度是多少?【解析】(1)选b、c。ab与c这一系统所受合外力为零,系统在整个过程动量守恒,但粘接过程有机械能损失。mv-mv=0,同时该系统属于人船模型,md=m(l-d),所以车向左的位移应等于d=mlm+m,综上,只有选项b、c正确。(2)由动量守恒定律得:(m1+m2-m)v船-mv1=0得:v船=mv1m1+m2-m答案:(1)b、c(2)mv1m1+m2-m2.(1)(多选)在水平铁轨上放置一门质量为m的炮车,发射的炮弹质量为m,设铁轨和炮车间摩擦不计,则()a.水平发射炮弹时,炮弹速率为v0,炮车的反冲速率为mv0mb.炮车车身与水平方向成角,炮弹速率为v0,炮身反冲速率为mv0cosmc.炮身与水平方向成角,炮弹出炮口时,相对炮口速率为v0,炮身的反冲速率为mv0cosmd.炮身与水平方向成角,炮弹出炮口时,相对炮口速率为v0,炮身的反冲速率为mv0cosm+me.炮身与水平方向成角,炮弹出炮口时,相对炮口速率为v0,炮身的反冲速率为mv0cosm-m(2)一个连同装备总质量为m=100kg的宇航员,在距离飞船s=45m处与飞船处于相对静止状态,他准备对太空中的哈勃望远镜进行维修,宇航员背着装有质量为m0=0.5kg的氧气贮气筒,筒内有一个可以使氧气以v=50m/s的速度喷出的喷嘴。宇航员在维修完毕哈勃望远镜后,必须向着返回飞船方向的反方向释放氧气,才能回到飞船,同时又必须保留一部分氧气供途中宇航员呼吸之用,宇航员的耗氧率为q=2.510-4kg/s,如果不考虑喷出氧气对设备与宇航员总质量的影响,则:喷出多少氧气,宇航员才能安全返回飞船?为了使总耗氧量最低,应该一次喷出多少氧气?返回时间是多少?【解析】(1)选a、b、d。水平发射炮弹时,对于炮车和炮弹组成的系统满足动量守恒定律,若炮弹速率为v0,mv0-mv1=0,解得v1=mv0m,a正确;炮车车身与水平方向成角时,在炮弹出射瞬间对于炮车和炮弹组成的系统动量守恒,炮车在炮弹出射的反方向上获得速度v2,但此后由于地面的作用,能量损失,竖直方向的速度立即变为0,炮车的速度由v立即减小为v2,v2即为炮身反冲速率。如图,显然有v=v2cos,所以在出射方向上,根据动量守恒定律有mv0-mv2cos=0解得v2=mv0cosm,b正确;炮身与水平方向成角且炮弹相对炮口速率为v0时,设炮车反冲的速率v3,根据描述,炮弹出射瞬间炮车获得瞬间速度v=v3cos,所以炮弹相对地面的速度为v弹=v0-v=v0-v3cos,在出射方向上,根据动量守恒定律有m(v0-v3cos)-mv3cos=0,解得v3=mv0cosm+m,c错误,d正确。(2)以飞船为参考系,设沿着飞船运动的方向为正方向,并设喷出质量为m(kg)氧气时宇航员获得的速度是v,对于“宇航员和喷出的氧气”这一系统而言,在喷气方向上由动量守恒可得:(m-m)v-mv=0,考虑mm,有v=mvm 宇航员返回时做匀速运动,历时t=sv 又筒内氧气的总质量满足关系为m0=qt+m 联立三式得:m0=qsmmv+m代入数据得:m1=0.05kg,m2=0.45kg,即宇航员喷出0.05kg或0.45kg的氧气时,返回去刚好把剩余的氧气呼吸完,假如喷出的氧气介于m1和m2之间,则返回后还有剩余的氧气,故本问题的答案是:喷出的氧气介于0.050.45kg之间,即可安全返回。为了使耗氧量最低,设喷出m(kg)氧气,则耗氧为:m=qt+m 结合上面两式就有:m=qsmmv+m=2.2510-2m+m。当m=2.2510-2m时,m有极小值,即m=2.2510-2kg=0.15kg,耗氧量最低,此时返回的时间为t=sv=smmv=600s。答案:(1)a、b、d(2)0.050.45kg0.15kg600s【易错提醒】本题中宇航员所带的氧气量一定,问题是要将它合理分配给呼吸和喷气两个方面使用,并能保证宇航员安全返回飞船。【补偿训练】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