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2019-2020年高中物理 第16章 第5節(jié) 反沖運(yùn)動(dòng) 火箭練習(xí) 新人教版選修3-5 1．反沖． 根據(jù)動(dòng)量守恒定律，一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂成為兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)．這個(gè)現(xiàn)象叫作反沖． 2．火箭． (1)噴氣式飛機(jī)和火箭的飛行應(yīng)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(shè)火箭在時(shí)間Δt內(nèi)噴射燃?xì)獾馁|(zhì)量是Δm，噴出燃?xì)獾乃俣仁莡，噴出燃?xì)馇盎鸺|(zhì)量是m，則由動(dòng)量守恒定律知火箭獲得的速度Δv＝－_u． 可見，火箭噴出燃?xì)獾乃俣萿越大，火箭噴出物質(zhì)的質(zhì)量與火箭本身質(zhì)量(即噴出燃?xì)馇暗馁|(zhì)量)之比越大，火箭獲得的速度越大． 1．下列不屬于反沖運(yùn)動(dòng)的是(B) 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)的運(yùn)動(dòng) 解析：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；直升機(jī)運(yùn)動(dòng)是飛機(jī)螺旋槳與外部空氣作用的結(jié)果，不屬于反沖運(yùn)動(dòng)． 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(zhì)量更大 D．使噴出的氣體密度更小 解析：設(shè)原來火箭的總質(zhì)量為M，噴出的氣體質(zhì)量為m，速度是v，剩余的質(zhì)量(M－m)的速度是v′，由動(dòng)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(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳后，欲提高跳遠(yuǎn)成績，可在運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，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(yuǎn)成績，則應(yīng)增大水平速度，即增大水平方向的動(dòng)量，所以可將鐵球向后拋出，人和鐵球的總動(dòng)量守恒，因?yàn)殍F球的動(dòng)量向后，所以人向前的動(dòng)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(jī)，抽水機(jī)把前艙的水均勻地抽往后艙，不計(jì)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(yùn)動(dòng) B．若前后艙是分開的，則前艙將向前加速運(yùn)動(dòng) C．若前后艙不分開，則船將向后加速運(yùn)動(dòng) D．若前后艙不分開，則船將向前加速運(yùn)動(dòng) 解析：前后艙分開時(shí)，前艙和抽出的水相互作用，靠反沖作用前艙向前加速運(yùn)動(dòng)，若不分開，前后艙和水是一個(gè)整體，則船不動(dòng)． 5．假設(shè)一個(gè)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(yùn)動(dòng)，如果飛船沿其速度相反的方向拋出一個(gè)質(zhì)量不可忽略的物體A，則下列說法正確錯(cuò)誤的是(A) A．A與飛船都可能沿原軌道運(yùn)動(dòng) B．A與飛船都不可能沿原軌道運(yùn)動(dòng) C．A運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)．探測器通過噴氣而獲得動(dòng)力，以下關(guān)于噴氣方向的說法正確的是(C) A．探測器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，向后噴射 B．探測器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴射 C．探測器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴射 D．探測器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng))，要么所受合力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相同(勻加速直線運(yùn)動(dòng))． 解析： 航天器在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭茉虑蛞Φ淖饔茫瑖姎馑a(chǎn)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(dòng)力，即沿著后下方某一個(gè)方向噴氣，所以A、B錯(cuò)； 航天器在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭茉虑蛞Φ淖饔茫瑖姎猱a(chǎn)生的推力只要平衡月球的引力即可(豎直向下噴氣)，C對(duì)、D錯(cuò)． 7．裝有炮彈的大炮總質(zhì)量為M，炮彈的質(zhì)量為m，炮彈射出炮口時(shí)對(duì)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(shí)，炮車只可能沿水平地面向后退，水平方向所受的摩擦力遠(yuǎn)小于火藥爆炸時(shí)炮彈與炮車間的相互作用力，故系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)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(jì)空氣阻力，當(dāng)此物體的速度恰好沿水平方向時(shí)，物體炸裂成a、b兩塊，若質(zhì)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(shí)間里，a飛行的水平距離一定比b的大 C．a(chǎn)、b一定同時(shí)到達(dá)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(jī)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(yùn)動(dòng)，且高度相同，故C對(duì)；由牛頓第三定律知D對(duì)． 9．質(zhì)量為m的人站在質(zhì)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(duì)地面壓力的大小成正比．當(dāng)車速為v0時(shí)，人從車上以相對(duì)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(jì)，則能正確表示車運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)車速為v0時(shí)，人從車上以相對(duì)于地面大小為v0的速度水平向后跳下．跳離前后系統(tǒng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)車速為v0時(shí)，人從車上以相對(duì)于地面大小為v0的速度水平向后跳下，跳離前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒，規(guī)定車的速度方向?yàn)檎较?，則有(m＋2m)v0＝2mv＋(－mv0)，得v＝2v0，人跳車后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，車所受地面阻力的大小與車對(duì)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(yùn)動(dòng)的vt圖象是B.故選B. 點(diǎn)評(píng)：解決該題關(guān)鍵要知道跳離前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒，規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较蛄械仁角蠼猓? 10．如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的玩具蛙，蹲在質(zhì)量為M的小車的細(xì)桿上，小車放在光滑的水平桌面上，若車長為L，細(xì)桿高為h且位于小車的中點(diǎn)，試求：當(dāng)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(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝，蛙與車組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，由動(dòng)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(nèi)做了如下實(shí)驗(yàn)：選取兩個(gè)質(zhì)量分別為mA＝0.1 kg、mB＝0.2 kg的小球A、B和一根輕質(zhì)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(zhì)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(yùn)動(dòng)，如圖所示．過一段時(shí)間，突然解除鎖定(解除鎖定沒有機(jī)械能損失)，兩球仍沿原直線運(yùn)動(dòng)，從彈簧與小球B剛剛分離開始計(jì)時(shí)，經(jīng)時(shí)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(shí)的彈性勢能Ep. 解析：取A、B為系統(tǒng)，由動(dòng)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(jī)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(shí)的彈性勢能是0.027 J 12．兩只小船質(zhì)量分別為m1＝500 kg，m2＝1 000 kg，它們平行逆向航行，航線鄰近，當(dāng)它們頭尾相齊時(shí)，由每一只船上各投質(zhì)量m＝50 kg的麻袋到對(duì)面的船上，如圖所示，結(jié)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(jì)，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(duì)象，如題圖所示， 根據(jù)動(dòng)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(duì)象， 根據(jù)動(dòng)量守恒定律有： mv1－(m2－m)v2＝－m2v， 即50v1－950v2＝－1 0008.5，② 選取兩船、兩個(gè)麻袋組成的系統(tǒng)為研究對(duì)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(diǎn)評(píng)：應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解這類由多個(gè)物體構(gòu)成系統(tǒng)的問題的關(guān)鍵是合理選取研究對(duì)象，有時(shí)選取某部分物體為研究對(duì)象，有時(shí)選取全部物體為研究對(duì)象．