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2019-2020年高中物理 第16章 第5節(jié) 反沖運動 火箭練習 新人教版選修3-5 1．反沖． 根據(jù)動量守恒定律，一個靜止的物體在內力的作用下分裂成為兩個部分，一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動．這個現(xiàn)象叫作反沖． 2．火箭． (1)噴氣式飛機和火箭的飛行應用了反沖的原理，它們都是靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大速度的． (2)設火箭在時間Δt內噴射燃氣的質量是Δm，噴出燃氣的速度是u，噴出燃氣前火箭質量是m，則由動量守恒定律知火箭獲得的速度Δv＝－_u． 可見，火箭噴出燃氣的速度u越大，火箭噴出物質的質量與火箭本身質量(即噴出燃氣前的質量)之比越大，火箭獲得的速度越大． 1．下列不屬于反沖運動的是(B) A．噴氣式飛機的運動 B．直升機的運動 C．火箭的運動 D．反擊式水輪機的運動 解析：噴氣式飛機和火箭都是靠噴出氣體，通過反沖獲得前進的動力；反擊式水輪機靠水輪擊打水，通過反沖獲得動力；直升機運動是飛機螺旋槳與外部空氣作用的結果，不屬于反沖運動． 2．(多選)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度(AC) A．使噴出的氣體速度增大 B．使噴出的氣體溫度更高 C．使噴出的氣體質量更大 D．使噴出的氣體密度更小 解析：設原來火箭的總質量為M，噴出的氣體質量為m，速度是v，剩余的質量(M－m)的速度是v′，由動量守恒得出：(M－m)v′＝mv得：v′＝＝，由該式可知：m越大，v越大，v′越大．故A、C正確． 3．手持鐵球的跳遠運動員起跳后，欲提高跳遠成績，可在運動到最高點時，將手中的鐵球(C) A．豎直向上拋出 B．向前方拋出 C．向后方拋出 D．向左方拋出 解析：欲提高跳遠成績，則應增大水平速度，即增大水平方向的動量，所以可將鐵球向后拋出，人和鐵球的總動量守恒，因為鐵球的動量向后，所以人向前的動量增加． 4．如圖所示，船靜止在平靜的水面上，船前艙有一抽水機，抽水機把前艙的水均勻地抽往后艙，不計水的阻力，下列說法中正確的是(B) A．若前后艙是分開的，則前艙將向后加速運動 B．若前后艙是分開的，則前艙將向前加速運動 C．若前后艙不分開，則船將向后加速運動 D．若前后艙不分開，則船將向前加速運動 解析：前后艙分開時，前艙和抽出的水相互作用，靠反沖作用前艙向前加速運動，若不分開，前后艙和水是一個整體，則船不動． 5．假設一個小型宇宙飛船沿人造地球衛(wèi)星的軌道在高空中繞地球做勻速圓周運動，如果飛船沿其速度相反的方向拋出一個質量不可忽略的物體A，則下列說法正確錯誤的是(A) A．A與飛船都可能沿原軌道運動 B．A與飛船都不可能沿原軌道運動 C．A運動的軌道半徑可能減小，也可能增加 D．A可能沿地球半徑方向豎直下落，而飛船運行的軌道半徑將增大 解析：拋出物體A后，由反沖原理知飛船速度變大，所需向心力變大，從而飛船做離心運動離開原來軌道，半徑增大；物體A的速率可能比原來的速率大，也可比原來的速率小或相等，也可能等于零從而豎直下落． 6．一航天探測器完成對月球的探測后，離開月球的過程中，由靜止開始沿著與月球表面成一定傾角的直線飛行，先加速運動后勻速運動．探測器通過噴氣而獲得動力，以下關于噴氣方向的說法正確的是(C) A．探測器加速運動時，向后噴射 B．探測器加速運動時，豎直向下噴射 C．探測器勻速運動時，豎直向下噴射 D．探測器勻速運動時，不需要噴射 分析：要航天器沿著與月球表面成一傾斜角的直線飛行，要么所受合力為0(勻速直線運動)，要么所受合力的方向與運動方向相同(勻加速直線運動)． 解析： 航天器在加速運動時，因為受月球引力的作用，噴氣所產生的推力一方面要平衡月球的引力，另一方面還要提供加速的動力，即沿著后下方某一個方向噴氣，所以A、B錯； 航天器在勻速運動時，因為受月球引力的作用，噴氣產生的推力只要平衡月球的引力即可(豎直向下噴氣)，C對、D錯． 7．裝有炮彈的大炮總質量為M，炮彈的質量為m，炮彈射出炮口時對地的速度為v0，若炮筒與水平地面的夾角為θ，則炮車后退的速度大小為(B) A.v0 B. C. D. 解析：發(fā)射炮彈時，炮車只可能沿水平地面向后退，水平方向所受的摩擦力遠小于火藥爆炸時炮彈與炮車間的相互作用力，故系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，由mv0cos θ＝(M－m)v，得v＝ . 8．(多選)向空中發(fā)射一物體，不計空氣阻力，當此物體的速度恰好沿水平方向時，物體炸裂成a、b兩塊，若質量較大的a塊的速度方向仍沿原來的方向，則(CD) A．b的速度方向一定與原速度方向相反 B．從炸裂到落地的這段時間里，a飛行的水平距離一定比b的大 C．a、b一定同時到達水平地面 D．在炸裂過程中，a、b受到的力的大小一定相等 解析：爆炸后系統(tǒng)的總機械能增加，但不能確定a、b兩塊的速度大小，所以A、B不能確定；因炸開后兩者都做平拋運動，且高度相同，故C對；由牛頓第三定律知D對． 9．質量為m的人站在質量為2m的平板小車上，以共同的速度在水平地面上沿直線前行，車所受地面阻力的大小與車對地面壓力的大小成正比．當車速為v0時，人從車上以相對于地面大小為v0的速度水平向后跳下．跳離瞬間地面阻力的沖量忽略不計，則能正確表示車運動的vt圖象為(B) 分析：人和車以共同的速度在水平地面上沿直線前行，做勻減速直線運動，當車速為v0時，人從車上以相對于地面大小為v0的速度水平向后跳下．跳離前后系統(tǒng)動量守恒，求得車的速度． 解析：人和車以共同的速度在水平地面上沿直線前行，做勻減速直線運動，當車速為v0時，人從車上以相對于地面大小為v0的速度水平向后跳下，跳離前后系統(tǒng)動量守恒，規(guī)定車的速度方向為正方向，則有(m＋2m)v0＝2mv＋(－mv0)，得v＝2v0，人跳車后做勻減速直線運動，車所受地面阻力的大小與車對地面壓力的大小成正比，所以人跳車前后車的加速度不變，所以能正確表示車運動的vt圖象是B.故選B. 點評：解決該題關鍵要知道跳離前后系統(tǒng)動量守恒，規(guī)定初速度的方向為正方向列等式求解． 10．如圖所示，一個質量為m的玩具蛙，蹲在質量為M的小車的細桿上，小車放在光滑的水平桌面上，若車長為L，細桿高為h且位于小車的中點，試求：當玩具蛙至少以多大的水平速度v跳出，才能落到桌面上． 解析：蛙跳出后做平拋運動，運動時間為t＝，蛙與車組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒，由動量守恒定律得Mv′－mv＝0， 若蛙恰好落在桌面上，則有v′t＋vt＝，上面三式聯(lián)立可求出v＝. 答案： 11．某宇航員在太空站內做了如下實驗：選取兩個質量分別為mA＝0.1 kg、mB＝0.2 kg的小球A、B和一根輕質短彈簧，彈簧的一端與小球A粘連，另一端與小球B接觸而不粘連．現(xiàn)使小球A和B之間夾著被壓縮的輕質彈簧，處于鎖定狀態(tài)，一起以速度v0＝0.1 m/s做勻速直線運動，如圖所示．過一段時間，突然解除鎖定(解除鎖定沒有機械能損失)，兩球仍沿原直線運動，從彈簧與小球B剛剛分離開始計時，經(jīng)時間t＝3.0 s，兩球之間的距離增加了s＝2.7 m，求彈簧被鎖定時的彈性勢能Ep. 解析：取A、B為系統(tǒng)，由動量守恒得： (mA＋mB)v0＝mAvA＋mBvB，① 又根據(jù)題意得： vAt－vBt＝s，② 由①②兩式聯(lián)立得：vA＝0.7 m/s，vB＝－0.2 m/s. 由機械能守恒得：.③ 代入數(shù)據(jù)解得：Ep＝0.027 J 答案：彈簧被鎖定時的彈性勢能是0.027 J 12．兩只小船質量分別為m1＝500 kg，m2＝1 000 kg，它們平行逆向航行，航線鄰近，當它們頭尾相齊時，由每一只船上各投質量m＝50 kg的麻袋到對面的船上，如圖所示，結果載重較輕的一只船停了下來，另一只船則以v＝8.5 m/s的速度沿原方向航行，若水的阻力不計，則在交換麻袋前兩只船的速率v1＝____________，v2＝____________． 解析：以載重較輕的船的速度v1為正方向，選取載重較輕的船和從載重較重的船投過去的麻袋組成的系統(tǒng)為研究對象，如題圖所示， 根據(jù)動量守恒定律有： (m1－m)v1－mv2＝0， 即：450v1－50v2＝0，① 選取載重較重的船和從載重較輕的船投過去的麻袋組成的系統(tǒng)為研究對象， 根據(jù)動量守恒定律有： mv1－(m2－m)v2＝－m2v， 即50v1－950v2＝－1 0008.5，② 選取兩船、兩個麻袋組成的系統(tǒng)為研究對象有： m1v1－m2v2＝－m2v， 即500v1－1 000v2＝－1 0008.5，③ 聯(lián)立①②③式中的任意兩式解得： v1＝1 m/s，v2＝9 m/s. 答案：1 m/s　9 m/s 點評：應用動量守恒定律解這類由多個物體構成系統(tǒng)的問題的關鍵是合理選取研究對象，有時選取某部分物體為研究對象，有時選取全部物體為研究對象．