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2019-2020年高中物理 16.5反沖運(yùn)動(dòng) 火箭課后習(xí)題 新人教版選修3-5 1.下列屬于反沖運(yùn)動(dòng)的是(　　) A.噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動(dòng) B.直升機(jī)的運(yùn)動(dòng) C.火箭的運(yùn)動(dòng) D.反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 解析:直升機(jī)是靠空氣的推力上升的,而噴氣式飛機(jī)、火箭、反擊式水輪機(jī)都是靠自身一部分分離時(shí)的反沖向相反方向運(yùn)動(dòng)的。 答案:ACD 2.在勻速行駛的船上,當(dāng)船上的人相對(duì)于船豎直向上拋出一個(gè)物體時(shí),船的速度將(水的阻力不變)(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.變大 B.變小 C.不變 D.無(wú)法判定 解析:拋出去的物體與在船上相比,水平方向的速度不變,動(dòng)量不變,所以與之相互作用的船的水平動(dòng)量不變,即速度不變?；蚋鶕?jù)水平方向動(dòng)量守恒:Mv0=mv0+(M-m)v,得v=v0。 答案:C 3. 一裝有柴油的船靜止于水平面上,船前艙進(jìn)水,堵住漏洞后用一水泵把前艙的油抽往后艙,如圖所示,不計(jì)水的阻力,船的運(yùn)行情況是(　　) A.向前運(yùn)動(dòng) B.向后運(yùn)動(dòng) C.靜止 D.無(wú)法判斷 解析:可將此題的情景視為“人船模型”,油往后艙抽,相當(dāng)于“人船模型”中的人從船頭走向船尾,船將向前運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A正確。 答案:A 4. 如圖,一光滑地面上有一質(zhì)量為M的足夠長(zhǎng)的木板ab,一質(zhì)量為m的人站在木板的a端,關(guān)于人由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到木板的b端(M、N表示地面上原a、b對(duì)應(yīng)的點(diǎn)),下列圖示正確的是(　　) 解析:根據(jù)動(dòng)量守恒定律,M、m系統(tǒng)動(dòng)量守恒,對(duì)于題中的“人船模型”,各自對(duì)地的位移為sM、sm,且有MsM=msm,sM+sm=L板長(zhǎng)(有時(shí)也稱為平均動(dòng)量守恒),以M點(diǎn)為參考,人向右運(yùn)動(dòng),船向左運(yùn)動(dòng),D圖是正確的。 答案:D 5.一個(gè)靜止的質(zhì)量為M的不穩(wěn)定原子核,當(dāng)它放射出質(zhì)量為m、速度為v的粒子后,原子核剩余部分的速度為(　　) A.-v B. C. D. 解析:原來(lái)靜止的原子核,當(dāng)其中部分以速度v運(yùn)動(dòng),剩余部分將向反方向運(yùn)動(dòng),即做反沖運(yùn)動(dòng)。由反沖原理得0=mv+(M-m)v,v=。 答案:B 6.A、B兩船的質(zhì)量均為m,都靜止在平靜的湖面上,現(xiàn)A船中質(zhì)量為m的人,以對(duì)地的水平速度v從A船跳到B船,再?gòu)腂船跳到A船……經(jīng)n次跳躍后,人停在B船上,不計(jì)水的阻力,則(　　) A.A、B兩船速度大小之比為2∶3 B.A、B兩船(包括人)動(dòng)量大小之比為1∶1 C.A、B兩船(包括人)的動(dòng)能之比為3∶2 D.A、B兩船(包括人)的動(dòng)能之比為1∶1 解析:人和兩船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,兩船原來(lái)靜止,總動(dòng)量為0,則經(jīng)過(guò)n次跳躍后,A、B兩船(包括人)的動(dòng)量大小相等,選項(xiàng)B正確;設(shè)經(jīng)過(guò)n次跳躍后,A船速度為vA,B船速度為vB,則0=mvA-(m+)vB,得,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;A船最后獲得的動(dòng)能為EkA=,B船最后獲得的動(dòng)能為 EkB=+m)+m)(vA)2 =)=EkA, 所以,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案:BC 7.人坐在船上,船靜止在水面上,水平向東拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體后,人、船向西運(yùn)動(dòng)。已知拋出的物體的動(dòng)能為E0,則人、船的動(dòng)能為(人、船和物體的總質(zhì)量為m)(　　) A.E0 B.E0 C.E0 D.E0 解析:由動(dòng)量守恒定律有(m-m)v=mv0=p,又Ek=,E0=,可得Ek=E0,選項(xiàng)C正確。 答案:C 8.小車上裝有一桶水,靜止在光滑水平地面上,如圖所示,桶的前、后、底及側(cè)面各裝有一個(gè)閥門,分別為S1、S2、S3、S4(圖中未畫出),要使小車向前運(yùn)動(dòng),可采用的方法是(　　) A.打開(kāi)閥門S1 B.打開(kāi)閥門S2 C.打開(kāi)閥門S3 D.打開(kāi)閥門S4 解析:根據(jù)水和車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,原來(lái)系統(tǒng)動(dòng)量為零,由0=m水v水+m車v車知,車的運(yùn)動(dòng)方向與水的運(yùn)動(dòng)方向相反,故水應(yīng)向后噴出,選項(xiàng)B正確。 答案:B 9.某步槍的質(zhì)量是4.1 kg,子彈的質(zhì)量為9.6 g,子彈從槍口飛出時(shí)速度為855 m/s,則步槍的反沖速度為多大? 解析:設(shè)槍獲得的反沖速度為v,v和v0都以地面為參考系,并令v0的方向?yàn)檎较?則由動(dòng)量守恒定律得 0=mv0+Mv, 解得v=-=-855 m/s=-2 m/s。 負(fù)號(hào)表示與v0方向相反。 答案:2 m/s　方向與子彈速度方向相反 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)的距離為多少?小球的速度大小為多少? 解析: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R。設(shè)此時(shí)小車速度大小為v1,小球速度大小為v2,由動(dòng)量守恒有Mv1=mv2,由能量守恒有mgR=,解得v2=。 答案:R　 B組 1.如圖所示,具有一定質(zhì)量的小球A固定在輕桿一端,桿的另一端掛在小車支架的O點(diǎn),用手將小球拉起使輕桿呈水平狀態(tài),在小車處于靜止的情況下放手使小球擺下,在B處與固定在車上的油泥撞擊后粘在一起,則此后小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是(車位于光滑路面上)(　　) A.向右運(yùn)動(dòng) B.向左運(yùn)動(dòng) C.靜止不動(dòng) D.無(wú)法判斷 解析:小車與小球構(gòu)成的系統(tǒng)水平方向上總動(dòng)量守恒,剛釋放A球時(shí),系統(tǒng)動(dòng)量為零,當(dāng)二者粘在一起時(shí),其共同速度也必為零,故只有選項(xiàng)C正確。 答案:C 2.如圖所示,小車AB放在光滑水平面上,A端固定一個(gè)輕彈簧,B端粘有油泥,AB總質(zhì)量為M,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(kāi)始時(shí)小車AB和木塊C都靜止,當(dāng)突然燒斷細(xì)繩時(shí),C被釋放,使C離開(kāi)彈簧向B端沖去,并跟B端油泥粘在一起,忽略一切摩擦,以下說(shuō)法正確的是(　　) A.彈簧伸長(zhǎng)過(guò)程中C向右運(yùn)動(dòng),同時(shí)AB也向右運(yùn)動(dòng) B.C與B碰前,C與AB的速率之比為M∶m C.C與油泥粘在一起后,AB立即停止運(yùn)動(dòng) D.C與油泥粘在一起后,AB繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng) 解析:彈簧向右推C,C向右運(yùn)動(dòng),同時(shí)彈簧向左推A端,小車向左運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因小車與木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,C與B碰前,有mvC=MvAB,得vC∶vAB=M∶m,選項(xiàng)B正確;C與B碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒,有mvC-MvAB=(M+m)v,知v=0,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:BC 3. 如圖所示,表示質(zhì)量為M的密閉汽缸置于光滑水平面上,缸內(nèi)有一隔板P,隔板右邊是真空,隔板左邊是質(zhì)量為m的高壓氣體,若將隔板突然抽去,則汽缸的運(yùn)動(dòng)情況是(　　) A.保持靜止不動(dòng) B.向左移動(dòng)一定距離后恢復(fù)靜止 C.最終向左做勻速直線運(yùn)動(dòng) D.先向左移動(dòng),后向右移動(dòng)回到原來(lái)位置 解析:突然撤去隔板,氣體向右運(yùn)動(dòng),汽缸做反沖運(yùn)動(dòng),當(dāng)氣體充滿整個(gè)汽缸時(shí),它們之間的作用結(jié)束,依動(dòng)量守恒定律可知,開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量為零,結(jié)束時(shí)總動(dòng)量必為零,氣體和汽缸都將停止運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)B正確。 答案:B 4.xx年12月,嫦娥三號(hào)成功發(fā)射,我國(guó)探月工程又向前邁出了一大步,這也大大激發(fā)了同學(xué)們鉆研科技的興趣。某校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,噴出速度保持水平且對(duì)地為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。 解析:“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。 答案:4 m/s 5.兩質(zhì)量分別為m1和m2的劈A和B高度相同,放在光滑水平面上,A和B的傾斜面都是光滑曲面,曲面下端與水平面相切,如圖所示,一質(zhì)量為m的物塊位于劈A的傾斜面上,距水平面的高度為h。物塊從靜止開(kāi)始下滑,然后又滑上劈B。求物塊在B上能夠達(dá)到的最大高度。 解析:設(shè)物塊到達(dá)劈A的底端時(shí),物塊和A的速度大小分別為v和v,由機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒得 mgh=mv2+m1v2① m1v=mv② 設(shè)物塊在劈B上達(dá)到的最大高度為h,此時(shí)物塊和B的共同速度大小為v″,由機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒得 mgh+(m2+m)v″2=mv2③ mv=(m2+m)v″④ 聯(lián)立①②③④式得 h=h。 答案:h 6.我國(guó)發(fā)射圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的載人飛船,宇航員進(jìn)行了太空行走。 (1)若已知地球半徑為R,地球表面重力加速度為g。神舟七號(hào)載人飛船上的宇航員離開(kāi)飛船后身上的速度計(jì)顯示其對(duì)地心的速度為v,求該宇航員距離地球表面的高度。 (2)已知宇航員及其設(shè)備的總質(zhì)量為M,宇航員通過(guò)向后噴出氧氣而獲得反沖力,每秒噴出的氧氣質(zhì)量為m。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,設(shè)噴射時(shí)對(duì)氣體做功的功率恒為P,在不長(zhǎng)的時(shí)間t內(nèi)宇航員及其設(shè)備的質(zhì)量變化很小,可以忽略不計(jì)。求噴氣t秒后宇航員獲得的動(dòng)能。 解析:(1)設(shè)地球質(zhì)量為M0,在地球表面,對(duì)于質(zhì)量為m的物體有mg=G 離開(kāi)飛船后的宇航員繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有G=M 聯(lián)立解得r=,該宇航員距離地球表面的高度h=r-R=-R。 (2)因?yàn)閲娚鋾r(shí)對(duì)氣體做功的功率恒為P,而單位時(shí)間內(nèi)噴氣質(zhì)量為m,故在t時(shí)間內(nèi),據(jù)動(dòng)能定理Pt=mtv2可求得噴出氣體的速度為v= 另一方面探測(cè)器噴氣過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則 0=mtv-Mu 又宇航員獲得的動(dòng)能Ek=Mu2 聯(lián)立解得Ek=M()2=。 答案:(1)-R　(2)