高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭课后练习题

第一章  动量守恒定律

6  反冲现象  火箭

【基础巩固】

1.(多选)下列属于反冲现象的是 (   )

A.向后划水,船向前运动

B.用枪射击时,子弹向前飞,枪身后退

C.用力向后蹬地,人向前运动

D.水流过水轮机时,水轮机旋转方向与水流出的方向相反

解析:反冲现象中,物体在内力作用下分为两部分,这两部分的运动方向相反.选项A是桨与外部水的作用,选项C是人脚与外部地面的作用,都不属于反冲现象.选项B中子弹与枪身是系统中的两部分,选项D中水流过水轮机内部,流过水轮机的水和水轮机是系统中的两部分,选项B、D正确.

答案:BD

2.步枪的质量为4.1 kg,子弹的质量为9.6 g,子弹从枪口飞出时的速度为

855 m/s,步枪的反冲速度大小为(   ) 

A.2 m/s B.1 m/s      C.3 m/s D.4 m/s 

解析:以子弹从枪口飞出时速度v2的反方向为正方向,根据动量守恒定律,m1v1-m2v2=0,解得v1=2 m/s. 

答案:A

3.一航天探测器完成对月球的探测后,离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一定倾角的直线飞行,先加速运动后匀速运动.探测器通过喷气获得动力,下列关于喷气方向的说法正确的是(   )

A.探测器加速运动时,水平向后喷射气体

B.探测器加速运动时,竖直向下喷射气体

C.探测器匀速运动时,竖直向下喷射气体

D.探测器匀速运动时,不需要喷射气体

解析:探测器在加速运动时,因为受月球引力的作用,喷气所产生的推力一方面要平衡月球的引力,另一方面还要提供加速的动力,则应沿着后下方某一个方向喷气,选项A、B错误.探测器受月球引力的作用,在匀速运动时,喷气产生的推力只需要平衡月球的引力即可,故竖直向下喷气,选项C正确,选项D错误.

答案:C

4.假设一个人静止于光滑的水平冰面上,现欲离开冰面,下列方法可行的是 

(   )

A.向后踢腿

B.手臂向后甩

C.在冰面上滚动

D.脱下外衣水平抛出

解析:把人和外衣看作一个系统,由动量守恒定律可知衣服水平抛出时,人会向衣服被抛出的相反方向运动,故选项D正确.人体各部分总动量为0,选项A、B错误.由于冰面光滑,人不可能在冰面上滚动,选项C错误.

答案:D

5.(多选)一气球由地面匀速上升,当气球下的吊梯上站着的人沿着梯子上爬时,下列说法正确的是(   )

A.气球可能匀速上升

B.气球可能相对地面静止

C.气球可能下降

D.气球运动速度不发生变化

解析:设气球质量为m',人的质量为m,由于气球匀速上升,系统所受的外力之和为0,当人沿吊梯向上爬时,整个系统动量守恒,选向上为正方向,则(m'+m)v0=mv1+m'v2,在人向上爬的过程中,气球的速度为v2=.当v2>0时,气球匀速上升;当v2=0时,气球静止;当v2<0时,气球下降.所以,选项A、B、C均正确.要使气球运动速度不变,则人的速度仍为v0,即人不往上爬,显然不符合题意,选项D错误.

答案:ABC

6.(多选)一平板小车静止在光滑的水平地面上,甲、乙两人分别站在车的左、右端,当两人同时相向而行时,发现小车向左移动,则              (   )

A.若两人质量相等,则必有v甲>v乙

B.若两人质量相等,则必有v甲<v乙

C.若两人速率相等,则必有m甲>m乙

D.若两人速率相等,则必有m甲<m乙

解析:甲、乙两人和小车组成的系统动量守恒,且总动量为0,甲动量方向向右,小车动量方向向左,说明|p甲|=|p乙|+|p车|,即m甲v甲>m乙v乙,若m甲=m乙,则v甲>v乙,选项A正确,选项B错误.若v甲=v乙,则m甲>v乙,选项C正确,选项D错误.

答案:AC

7.一个航天员连同装备的总质量为100 kg,在与飞船相距45 m处相对飞船处于静止状态,他带有一个装有0.5 kg氧气的贮氧筒,贮氧筒上有一个可以使氧气相对飞船以50 m/s的速度喷出的喷嘴.航天员必须向着跟返回飞船方向相反的方向释放氧气,才能回到飞船上,同时又必须保留一部分氧气供他在返回飞船的途中呼吸,已知航天员呼吸的耗氧率为2.5×10-4 kg/s,不考虑喷出氧气对航天员连同装备的总质量的影响,试问瞬间喷出氧气的质量在什么范围内可以保证航天员安全返回飞船. 

解析:设瞬间喷出氧气的质量为m,航天员刚好安全返回飞船.

由动量守恒得mv-m'v1=0,

匀速运动的时间t=,m0≥Qt+m,

联立解得0.05 kg≤m≤0.45 kg. 

答案:0.05 kg≤m≤0.45 kg 

【拓展提高】

8.如图所示,质量为m'的密闭汽缸置于光滑水平面上,缸内有一隔板P,隔板右边是真空,隔板左边是质量为m的高压气体.若将隔板突然抽去,则汽缸的运动情况是(   )

A.保持静止不动

B.向左移动一定距离后恢复静止

C.最终向左做匀速直线运动

D.先向左移动,后向右移动回到原来的位置

解析:突然撤去隔板,气体向右运动,汽缸做反冲运动,当气体充满整个汽缸时,它们之间的作用结束.由动量守恒定律可知,开始时系统的总动量为0,结束时总动量必为0,汽缸和气体都将停止运动,选项B正确.

答案:B

9.如图所示,船静止在平静的水面上,船前舱有一抽水机把前舱的水匀速抽往后舱,不计水的阻力,下列说法正确的是(   )

A.若前后舱是分开的,则前舱将向后加速运动

B.若前后舱是分开的,则前舱将向前加速运动

C.若前后舱不分开,则船将向后加速运动

D.若前后舱不分开,则船将向前加速运动

解析:前后舱分开时,抽出的水向后运动,由于反冲作用前舱向前加速运动;若不分开,前、后舱和水是一个整体,船不动.

答案:B

10.质量为m、半径为R的匀质小球,放在半径为2R、质量为2m的大空心球内,大球开始静止在光滑水平面上.当小球从如图所示的位置无初速度沿内壁滚到最低点时,大球移动的距离是              (   )

A.    B. C.    D.

解析:由水平方向平均动量守恒有mx小球=2mx大球,又x小球+x大球=R,所以x大球=R,选项B正确.

答案:B

11.向空中发射一物体,不计空气阻力.当此物体的速度恰好沿水平方向时,物体炸裂成a、b两块,若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向,则(   )

A.b的速度方向一定与初速度方向相反

B.从炸裂到落地的这段时间里,a飞行的水平距离一定比b的大

C.a、b一定同时到达水平地面

D.在炸裂过程中,a、b受到的爆炸力的冲量大小不一定相等

解析: 爆炸后系统的总机械能增加,但不能确定a、b两块的速度大小,所以选项A、B不能确定.炸开后二者都做平抛运动,且高度相同,故下落时间相同,选项C正确.由牛顿第三定律知a、b受到的爆炸力大小相等,作用时间也相同,故a、b受到的爆炸力的冲量大小相等,选项D错误. 

答案:C

12.(多选)平静的水面上停着一只小船,船头站着一个人,船的质量是人的质量的8倍.从某时刻起,这个人向船尾走去,走到船中部他突然停止走动.水对船的阻力忽略不计.下列说法正确的是              (   )

A.人走动时,他相对于水面的速度大于小船相对于水面的速度

B.他突然停止走动后,船由于惯性还会继续走动一小段时间

C.人在船上走动过程中,人对水面的位移大小是船对水面的位移大小的9倍

D.人在船上走动过程中,人的动能是船的动能的8倍

解析:人、船系统动量守恒,总动量始终为0,因此人、船动量等大,速度与质量成反比,选项A正确.人“突然停止走动”是指人和船相对静止,设这时人、船的速度为v,则(8m+m)v=0,所以v=0,说明船的速度立即变为0,选项B错误.人、船系统动量守恒,速度和质量成反比,因此人的位移大小是船的位移大小的8倍,选项C错误.由动能和动量关系Ek=∝,人在船上走动过程中人的动能是船的动能的8倍,选项D正确.

答案:AD

13.如图所示,具有一定质量的小球A固定在轻杆一端,轻杆的另一端挂在小车支架的O点,用手将小球拉至水平,此时小车静止于光滑水平面上,放手让小球摆下与B处固定的橡皮泥碰撞后粘在一起,则在此过程中小车的运动情况是              (   )

A.向右运动

B.向左运动

C.静止不动

D.小球下摆时,小车向左运动,碰撞后又静止

解析:由动量守恒定律可知,小球下摆时速度向右,小车向左运动;小球静止,小车也静止.

答案:D

14.以与水平方向成60°角斜向上的初速度v0抛出的手榴弹,到达最高点时炸成质量分别为m和2m的两块.其中质量大的一块沿着原来的方向以2v0的速度飞行.

(1)求质量较小的另一块弹片速度的大小和方向.

(2)爆炸过程有多少化学能转化为弹片的动能?

解析:(1)斜上抛的手榴弹在水平方向上做匀速直线运动,在最高点处爆炸前的速度v1=v0cos 60°=v0.设v1的方向为正方向,如图所示. 

由动量守恒定律得

3mv1=2mv1'+mv2,

其中爆炸后大块弹片速度v1'=2v0,

解得v2=-v0,“-”号表示v2的方向与爆炸前速度方向相反.

(2)爆炸过程中转化为动能的化学能等于系统动能的增量

ΔEk=×2mv1'2+m-(3m)=m.

答案:(1)v0　方向与爆炸前速度的方向相反 

(2)m

【挑战创新】

15.如图所示,光滑水平面上有两辆车,甲车上面有发射装置,甲车连同发射装置质量m1=1 kg,车上另有一个质量为m=0.2 kg的小球.甲车静止在水平面上,乙车以v0=8 m/s的速度向甲车运动,乙车上有接收装置,总质量m2=2 kg.甲车至少以多大的水平速度将小球发射到乙车上,两车才不会相撞?假设球最终停在乙车上.(不考虑球的下落) 

解析:要使两车不相撞,则临界条件为两车速度相等.选v0的方向为正方向,以三者为系统,动量守恒.

0+m2v0=(m1+m+m2)v共,

解得v共=5 m/s, 

以球与乙车为系统,动量守恒.

m2v0-mv=(m+m2)v共,

解得v=25 m/s. 

答案:25 m/s