物理火箭发射专题测试题（含详细答案解析）

物理火箭发射专题测试题（含详细答案解析）适用范围：高中物理（必修一、必修二、选择性必修一）考查核心：匀变速直线运动、牛顿运动定律、超重失重、动量守恒、反冲运动、机械能变化、宇宙速度满分：100分时长：60分钟一、单项选择题（本题共8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个正确选项）1.火箭点火加速升空的初始阶段，关于火箭内搭载的卫星所处状态及受力情况，下列说法正确的是（）A.处于失重状态，重力减小B.处于超重状态，重力不变C.处于失重状态，重力不变D.处于超重状态，重力增大2.火箭发射过程中，利用燃料高速向下喷气获得向上的推力，该过程对应的物理原理是（）A.牛顿第一定律B.牛顿第二定律C.牛顿第三定律D.机械能守恒定律3.某火箭从地面由静止开始竖直向上匀加速升空，已知加速度大小为2g，升空高度h的过程中，下列说法正确的是（）A.火箭的速度均匀减小B.火箭的合外力恒定不变C.火箭的机械能保持不变D.火箭的动能均匀增加4.火箭加速上升、绕地匀速圆周运动、减速落地三个阶段中，分别对应的运动状态是（）A.超重、完全失重、失重B.超重、超重、失重C.失重、完全失重、超重D.超重、完全失重、超重5.多级火箭分离是航天发射的关键技术，火箭飞行过程中抛弃箭体外壳、助推器，其主要目的是（）A.减小空气阻力B.减小惯性，提高加速能力C.增大推力D.改变运动方向6.下列关于火箭发射与宇宙速度的说法，正确的是（）A.第一宇宙速度是火箭发射的最小速度，也是卫星绕地运行的最大环绕速度B.第二宇宙速度是卫星绕地球做椭圆运动的最大速度C.第三宇宙速度是脱离地球引力的最小发射速度D.所有卫星的发射速度都必须大于第一宇宙速度、小于第二宇宙速度7.火箭竖直升空过程中，若不计空气阻力，燃料持续喷气提供恒定推力，火箭质量随时间均匀减小，则火箭的加速度（）A.保持恒定B.逐渐增大C.逐渐减小D.先增大后减小8.火箭反冲运动过程中，若系统（火箭+喷出气体）不受外力作用，则该系统一定守恒的物理量是（）A.机械能B.动能C.动量D.重力势能二、填空题（本题共4小题，每空3分，共24分）9.火箭由静止升空，0~5s内做匀加速直线运动，5s末速度达到50m/s，则火箭的加速度大小为______m/s²，5s内升空的高度为______m。10.超重的本质是物体具有______（填“向上”或“向下”）的加速度，完全失重状态下，物体的______（填“重力”或“视重”）为零。11.火箭发射时，高温高压气体向下喷出，火箭获得向上的推力，这说明力的作用是______的；火箭加速上升过程中，推力______（填“大于”“小于”或“等于”）火箭的总重力。12.第一宇宙速度的大小为______km/s，卫星以第一宇宙速度绕地球运行时，向心力由______提供。三、计算题（本题共3小题，共44分。解答需写出必要文字说明、公式和演算步骤）13.（14分）某小型试验火箭总质量M=100kg，从地面竖直静止发射，点火后恒定推力F=1500N向上作用，不计空气阻力，取g=10m/s²。求：（1）火箭升空的加速度大小；（2）发射4s末火箭的速度和升空高度。14.（15分）火箭反冲模型计算题：初始时火箭（含燃料）总质量M=200kg，静止在太空无引力区域，瞬间喷出质量m=20kg的气体，气体喷出速度v=100m/s（相对地面）。求：（1）喷气后火箭的速度大小；（2）该过程中系统增加的动能。15.（15分）火箭搭载卫星升空，在加速阶段，质量为m=50kg的卫星随火箭以a=5m/s²的加速度竖直向上加速运动，取g=10m/s²。求：（1）卫星受到火箭的支持力大小；（2）卫星的超重大小。参考答案及详细解析一、单项选择题解析1.答案：B解析：火箭加速升空，加速度竖直向上，物体具有向上的加速度时处于超重状态。物体的重力由万有引力决定，升空初始阶段高度变化极小，重力大小保持不变。故B正确，ACD错误。2.答案：C解析：火箭向下喷气，气体受到火箭向下的作用力，根据牛顿第三定律，气体对火箭产生向上的反作用力（推力），推动火箭升空。核心原理为牛顿第三定律（作用力与反作用力）。3.答案：B解析：火箭做匀加速直线运动，速度均匀增大，A错误；匀加速运动加速度恒定，由F合=ma可知，合外力恒定，B正确；火箭推力做正功，机械能持续增加，C错误；动能Ek=½mv²，速度均匀增大，动能随时间二次增大，并非均匀增加，D错误。4.答案：A解析：加速上升→加速度向上→超重；绕地匀速圆周运动→加速度为向心加速度，竖直方向完全失重；减速落地→加速度向上（减速向下运动，加速度与速度反向）→失重。故A正确。5.答案：B解析：惯性由质量决定，抛弃多余箭体可以减小火箭总质量，减小惯性，在推力不变的情况下，由F合=ma可知，加速度增大，加速能力提升。分离箭体无法增大推力，也不是主要为减小阻力、改变运动方向。6.答案：A解析：第一宇宙速度7.9km/s是近地卫星发射最小速度，也是卫星最大环绕速度，A正确；第二宇宙速度是脱离地球引力的最小发射速度，B错误；第三宇宙速度是脱离太阳系的最小速度，C错误；高轨道卫星发射速度需要大于7.9km/s，部分深空探测器发射速度大于11.2km/s，D错误。7.答案：B解析：由牛顿第二定律：F-mg=ma，可得a=F/m-g。推力F恒定，火箭质量m随燃烧持续减小，因此加速度a逐渐增大。8.答案：C解析：系统不受外力，动量守恒；喷气过程中燃料的化学能转化为机械能，系统机械能、动能均增加，重力势能随高度变化而变化，均不守恒。二、填空题答案及解析9.答案：10；125解析：匀加速直线运动加速度a=Δv/Δt=50/5=10m/s²；升空高度h=½at²=½×10×5²=125m。10.答案：向上；视重解析：加速度向上→超重，加速度向下→失重；完全失重时，物体对支持物的压力（视重）为零，重力保持不变。11.答案：相互；大于解析：力的作用是相互的；火箭加速上升，合外力向上，因此推力大于总重力。12.答案：7.9；地球的万有引力解析：第一宇宙速度标准值7.9km/s，近地卫星环绕运动的向心力完全由地球万有引力提供。三、计算题详细解析13.解析：（1）对火箭受力分析，竖直方向受向上推力F、向下重力Mg由牛顿第二定律：F-Mg=Ma代入数据：1500-100×10=100a解得加速度：a=5m/s²（2）火箭由静止匀加速升空，初速度v₀=04s末速度：v=at=5×4=20m/s升空高度：h=½at²=½×5×16=40m答案：（1）5m/s²；（2）20m/s，40m14.解析：（1）太空无外力，系统动量守恒，初始总动量为0设火箭速度为v₁，取气体喷出方向为正方向动量守恒公式：0=mv-(M-m)v₁代入数据：0=20×100-180×v₁解得：v₁=100/9≈11.11m/s，方向与气体喷出方向相反（2）系统增加的动能等于气体和火箭的总动能Ek=½mv²+½(M-m)v₁²代入数据：Ek=½×20×100²+½×180×(100/9)²计算得：Ek=100000+11111.11≈111111.11J答案：（1）100/9m/s；（2）≈111111.11J15.解析：（1）对卫星受力分析，受重力mg、火箭支持力N由牛顿第二定律：N-mg=ma变形得：N=m(g+a)代入数据：N=50×(10+5)=750N（2）超重大小为支持力与重力的差值重力G=mg=50×10=500N超重ΔG=N-G=750