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2019-2020年高中物理 16.5反沖運(yùn)動(dòng) 火箭課時(shí)訓(xùn)練（含解析）新人教版選修3-5 一、選擇題 1.下列不屬于反沖運(yùn)動(dòng)的是　(　　) A.噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動(dòng) B.物體做自由落體的運(yùn)動(dòng) C.火箭的運(yùn)動(dòng) D.反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動(dòng) 【解析】選B。噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣體,通過反沖獲得前進(jìn)的動(dòng)力;反擊式水輪機(jī)靠水輪擊打水,通過反沖獲得動(dòng)力。 2.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.燃料推動(dòng)空氣,空氣的反作用力推動(dòng)火箭 B.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用力將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體向后推出,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,空氣對火箭的反作用力推動(dòng)火箭 D.火箭燃料燃燒放熱,加熱周圍空氣,空氣膨脹推動(dòng)火箭 【解析】選B。本題考查了火箭的工作原理,要注意與火箭發(fā)生相互作用的是火箭噴出的燃?xì)?而不是外界的空氣?；鸺墓ぷ髟硎抢梅礇_運(yùn)動(dòng),是火箭燃料燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈴奈矅姽苎杆賴姵鰰r(shí)使火箭獲得反沖速度,故正確答案為選項(xiàng)B。 3.(xx泉州高二檢測)一人靜止于光滑的水平冰面上,現(xiàn)欲向前運(yùn)動(dòng),下列方法中可行的是　(　　) A.向后踢腿 B.手臂向后甩 C.在冰面上滾動(dòng) D.脫下外衣向后水平拋出 【解析】選D。由于冰面沒有摩擦,所以C不行;A、B由于總動(dòng)量守恒,所以人整體不動(dòng);只有D是反沖現(xiàn)象,可使人向前運(yùn)動(dòng)。 4.如圖所示,質(zhì)量為M的小船在靜止水面上以速率v0向右勻速行駛,一質(zhì)量為m的救生員站在船尾,相對小船靜止。若救生員以相對水面速率v水平向左躍入水中,則救生員躍出后小船的速率為　(　　) A.v0+v B.v0-v C.v0+(v0+v) D.v0+(v0-v) 【解析】選C。根據(jù)動(dòng)量守恒定律,選向右方向?yàn)檎较?則有(M+m)v0=Mv′-mv,解得v′=v0+(v0+v),故選項(xiàng)C正確。 5.(多選)一平板小車靜止在光滑的水平地面上,甲、乙兩人分別站在車的左、右端,當(dāng)兩人同時(shí)相向而行時(shí),發(fā)現(xiàn)小車向左移,則　(　　) A.若兩人質(zhì)量相等,必有v甲>v乙 B.若兩人質(zhì)量相等,必有v甲m乙 D.若兩人速率相等,必有m甲m乙v乙,若m甲=m乙,則v甲>v乙,A對,B錯(cuò);若v甲=v乙,則m甲>m乙,C對,D錯(cuò)。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】質(zhì)量為m的人,原來靜止在乙船上,甲、乙兩船質(zhì)量均為M,開始時(shí)都靜止,人先跳到甲船,立即再跳回乙船,這時(shí)兩船速度之比v甲∶v乙等 于　(　　) A.1∶1 B.m∶M C.(m+M)∶M D.m∶(M+m) 【解析】選C。對人及甲、乙兩船,由動(dòng)量守恒定律得:Mv甲-(M+m)v乙=0,即v甲∶v乙=(m+M)∶M,故C正確。 6.(xx廈門高二檢測)如圖所示,自行火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M,當(dāng)炮管水平,火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中,發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后,自行火炮的速度變?yōu)関2,仍向右行駛。則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為　(　　) A. B. C. D. 【解題指南】對自行火炮和炮彈組成的系統(tǒng),由于不受阻力作用,系統(tǒng)所受合外力為0,開炮過程中動(dòng)量守恒,需要注意開炮后自行火炮的質(zhì)量在減少。 【解析】選B。自行火炮水平勻速行駛時(shí),牽引力與阻力平衡,系統(tǒng)動(dòng)量守恒。設(shè)向右為正方向,發(fā)射前動(dòng)量之和為Mv1,發(fā)射后系統(tǒng)的動(dòng)量之和為(M-m)v2+m(v2+v0)。 由Mv1=(M-m)v2+m(v2+v0) 解得v0=-v2=。故B正確。 7.如圖所示,半徑為R的光滑圓槽質(zhì)量為M,靜止在光滑水平面上,其內(nèi)表面有一質(zhì)量為m的小球被細(xì)線吊著位于槽的邊緣處,如將線燒斷,小球滑行到最低點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)時(shí),圓槽的速度為　(　　) A.0 B.,向左 C.,向右 D.不能確定 【解析】選B。以水平向右為正方向,設(shè)在最低點(diǎn)時(shí)m和M的速度大小分別為v和v′,根據(jù)動(dòng)量守恒定律得:0=mv-Mv′,根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程得:mgR=mv2+Mv′2,聯(lián)立以上兩式解得v′=,向左,故選項(xiàng)B正確。 【總結(jié)提升】三種情況下的動(dòng)量、機(jī)械能特點(diǎn) (1)對于彈性碰撞的物體,其作用過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒,動(dòng)量守恒。 (2)對于非彈性碰撞來說,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,但機(jī)械能不守恒,系統(tǒng)損失的機(jī)械能等于轉(zhuǎn)化的內(nèi)能或其他形式的能。 (3)反沖作用情況下,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,系統(tǒng)的總動(dòng)能一般會(huì)增加。 二、非選擇題 8.在太空中有一枚相對于太空站靜止的質(zhì)量為M的火箭,突然噴出質(zhì)量為m的氣體,噴出的速度為v0(相對于太空站),緊接著再噴出質(zhì)量也為m的另一部分氣體,此后火箭獲得的速度為v(相對于太空站),火箭第二次噴射的氣體的速度多大(相對于太空站)? 【解析】題意中所涉及的速度都是相對于太空站的,可以直接使用動(dòng)量守恒定律,規(guī)定v0的方向?yàn)檎较?則: 第一次噴氣后:0=mv0-(M-m)v1, v1=,v1與正方向相反 第二次噴氣后:-(M-m)v1=mv2-(M-2m)v, 所以v2=(-2)v-v0。 答案:見解析 【補(bǔ)償訓(xùn)練】(xx嘉興高二檢測)一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m=200g的氣體,氣體離開發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v=1 000m/s,設(shè)火箭質(zhì)量M=300kg,發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次。 (1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后,火箭的速度多大。 (2)運(yùn)動(dòng)第1s末,火箭的速度多大。 【解析】方法一:噴出氣體運(yùn)動(dòng)方向與火箭運(yùn)動(dòng)方向相反,系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 (M-m)v1-mv=0 所以v1=。 第二次氣體噴出后,火箭速度為v2,有 (M-2m)v2-mv=(M-m)v1 所以v2= 第三次氣體噴出后,火箭速度為v3,有 (M-3m)v3-mv=(M-2m)v2 所以v3==m/s=2m/s。 依次類推,第n次氣體噴出后,火箭速度為vn,有 (M-nm)vn-mv=[M-(n-1)m] 所以vn= 因?yàn)槊棵雵姎?0次,所以1s末火箭速度為 v20==m/s=13.5m/s 方法二:整體選取研究對象,運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解 (1)設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3,以火箭和噴出的三次氣體為研究對象,據(jù)動(dòng)量守恒定律得: (M-3m)v3-3mv=0 所以v3==2m/s (2)以火箭和噴出的20次氣體為研究對象 (M-20m)v20-20mv=0 所以v20==13.5m/s 答案:(1)2m/s　(2)13.5m/s 【大題提升練】 1.(1)(多選)小車AB靜置于光滑的水平面上,A端固定一個(gè)輕質(zhì)彈簧,B端粘有橡皮泥,AB車的質(zhì)量為M,長為L,質(zhì)量為m的木塊C放在小車上,用細(xì)繩連接于小車的A端并使彈簧壓縮,開始時(shí)AB與C都處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示,當(dāng)突然燒斷細(xì)繩,彈簧被釋放,使木塊C離開彈簧向B端沖去,并跟B端橡皮泥粘在一起,以下說法中正確的是　(　　) A.如果AB車內(nèi)表面光滑,整個(gè)系統(tǒng)任何時(shí)刻機(jī)械能都守恒 B.整個(gè)系統(tǒng)任何時(shí)刻動(dòng)量都守恒 C.當(dāng)木塊對地運(yùn)動(dòng)速度大小為v時(shí),小車對地運(yùn)動(dòng)速度大小為v D.AB車向左運(yùn)動(dòng)最大位移大于L (2)某學(xué)習(xí)小組在探究反沖運(yùn)動(dòng)時(shí),將質(zhì)量為m1的一個(gè)小液化氣瓶固定在質(zhì)量為m2的小玩具船上,利用液化氣瓶向外噴射氣體作為船的動(dòng)力?，F(xiàn)在整個(gè)裝置靜止放在平靜的水面上,已知打開瓶后向外噴射氣體的對地速度為v1,如果在Δt的時(shí)間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm,忽略水的阻力,則噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后,小船的速度是多少? 【解析】(1)選B、C。AB與C這一系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)在整個(gè)過程動(dòng)量守恒,但粘接過程有機(jī)械能損失。Mv′-mv=0,同時(shí)該系統(tǒng)屬于人船模型,Md=m(L-d),所以車向左的位移應(yīng)等于d=,綜上,只有選項(xiàng)B、C正確。 (2)由動(dòng)量守恒定律得:(m1+m2-Δm)v船-Δmv1=0 得:v船= 答案:(1)B、C　　(2) 2.(1)(多選)在水平鐵軌上放置一門質(zhì)量為M的炮車,發(fā)射的炮彈質(zhì)量為m,設(shè)鐵軌和炮車間摩擦不計(jì),則　(　　) A.水平發(fā)射炮彈時(shí),炮彈速率為v0,炮車的反沖速率為 B.炮車車身與水平方向成θ角,炮彈速率為v0,炮身反沖速率為 C.炮身與水平方向成θ角,炮彈出炮口時(shí),相對炮口速率為v0,炮身的反沖速率為 D.炮身與水平方向成θ角,炮彈出炮口時(shí),相對炮口速率為v0,炮身的反沖速率為 E.炮身與水平方向成θ角,炮彈出炮口時(shí),相對炮口速率為v0,炮身的反沖速率為 (2)一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為M=100kg的宇航員,在距離飛船s=45m處與飛船處于相對靜止?fàn)顟B(tài),他準(zhǔn)備對太空中的哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修,宇航員背著裝有質(zhì)量為m0=0.5kg的氧氣貯氣筒,筒內(nèi)有一個(gè)可以使氧氣以v=50m/s的速度噴出的噴嘴。宇航員在維修完畢哈勃望遠(yuǎn)鏡后,必須向著返回飛船方向的反方向釋放氧氣,才能回到飛船,同時(shí)又必須保留一部分氧氣供途中宇航員呼吸之用,宇航員的耗氧率為Q=2.510-4kg/s,如果不考慮噴出氧氣對設(shè)備與宇航員總質(zhì)量的影響,則: ①噴出多少氧氣,宇航員才能安全返回飛船? ②為了使總耗氧量最低,應(yīng)該一次噴出多少氧氣?返回時(shí)間是多少? 【解析】(1)選A、B、D。水平發(fā)射炮彈時(shí),對于炮車和炮彈組成的系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律,若炮彈速率為v0,mv0-Mv1=0,解得v1=,A正確;炮車車身與水平方向成θ角時(shí),在炮彈出射瞬間對于炮車和炮彈組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,炮車在炮彈出射的反方向上獲得速度v2,但此后由于地面的作用,能量損失,豎直方向的速度立即變?yōu)?,炮車的速度由v立即減小為v2,v2即為炮身反沖速率。如圖, 顯然有v=,所以在出射方向上,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv0-M=0解得v2=,B正確;炮身與水平方向成θ角且炮彈相對炮口速率為v0時(shí),設(shè)炮車反沖的速率v3,根據(jù)描述,炮彈出射瞬間炮車獲得瞬間速度v′=,所以炮彈相對地面的速度為v彈=v0-v′=v0-,在出射方向上,根據(jù)動(dòng)量守恒定律有m(v0-)-M=0,解得v3=,C錯(cuò)誤,D正確。 (2)①以飛船為參考系,設(shè)沿著飛船運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?并設(shè)噴出質(zhì)量為m(kg)氧氣時(shí)宇航員獲得的速度是v′,對于“宇航員和噴出的氧氣”這一系統(tǒng)而言,在噴氣方向上由動(dòng)量守恒可得: (M-m)v′-mv=0,考慮M?m,有v′=　 ① 宇航員返回時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),歷時(shí)t=　 ② 又筒內(nèi)氧氣的總質(zhì)量滿足關(guān)系為m0=Qt+m　 ③ 聯(lián)立①②③三式得:m0=Qs+m 代入數(shù)據(jù)得:m1=0.05kg,m2=0.45kg,即宇航員噴出0.05kg或0.45kg的氧氣時(shí),返回去剛好把剩余的氧氣呼吸完,假如噴出的氧氣介于m1和m2之間,則返回后還有剩余的氧氣,故本問題的答案是:噴出的氧氣介于0.05～0.45kg之間,即可安全返回。 ②為了使耗氧量最低,設(shè)噴出m(kg)氧氣, 則耗氧為:Δm=Qt+m　 ④ 結(jié)合上面①②兩式就有: Δm=+m=+m。 當(dāng)m=時(shí),Δm有極小值,即m=kg=0.15kg,耗氧量最低,此時(shí)返回的時(shí)間為 t===600s。 答案:(1)A、B、D　(2)①0.05～0.45kg?、?.15kg　600s 【易錯(cuò)提醒】本題中宇航員所帶的氧氣量一定,問題是要將它合理分配給呼吸和噴氣兩個(gè)方面使用,并能保證宇航員安全返回飛船。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】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210-4m3/s,噴出速度保持為對地10m/s。啟動(dòng)前火箭總質(zhì)量為1.4kg,則啟動(dòng)2s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1.0103kg/m3。 【解析】“水火箭”噴出水流做反沖運(yùn)動(dòng)。設(shè)火箭原來總質(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0=(M-ρQt)v′-ρQtv 代入數(shù)據(jù)解得火箭啟動(dòng)后2s末的速度為 v′==m/s=4m/s。 答案:4m/s