高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭课后复习题

第一章  动量守恒定律

6  反冲现象  火箭

【基础巩固】

1.下列图片所描述的事例或应用中,没有利用反冲运动原理的是 (　　) 

A.喷灌装置的自动旋转　　   　  B.章鱼在水中喷水前行和转向 

C.运载火箭发射过程　　　       D.码头边轮胎的保护作用 

解析:喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而旋转的;章鱼在水中喷水前行和转向利用了反冲作用;火箭发射是利用喷气的方式而获得动力的,利用了反冲作用,故选项A、B、C不符合题意.码头边轮胎的作用是延长碰撞时间,从而减小作用力,没有利用反冲作用,故选项D符合题意.

答案:D

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mv1+m'v2=(m'+m)v0,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

6.2023年5月30日9时31分,我国神舟十六号载人飞船发射圆满成功.如图是神舟十六号载人飞船发射瞬间的画面,在火箭点火发射瞬间,质量为m的燃气以大小为v的速度从火箭喷口在很短的时间内喷出.已知发射前火箭的质量为M,在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大小为(燃气喷出过程不计重力和空气阻力的影响)              (　　)

A.v       B.2v       C.v         D.v

解析:取向上为正方向,由动量守恒定律有(M-m)v'-mv=0,解得v'=v,选项D正确.

答案:D

【拓展提高】

7.太空探测器常装配离子发动机,其基本原理是将被电离的原子从发动机尾部高速喷出,为探测器提供推力.若某探测器的质量为500 kg,离子以一定的速率(远大于探测器的飞行速率)向后喷出,流量为3×10-3 g/s,探测器获得的平均推力大小为0.099 N,则离子被喷出的速率为              (　　)

A.3 km/s            B.3.3 km/s

C.30 km/s            D.33 km/s

解析:在Δt时间内喷出的离子质量Δm=3×10-3×10-3·Δt,根据动量定理有FΔt=Δmv,代入数据,解得v=3.3×104 m/s=33 km/s,故选项A、B、C错误,选项D正确.

答案:D

8.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

9.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

10.(2021·天津卷)一玩具以初速度v0从水平地面竖直向上抛出,达到最高点时,用遥控器将玩具内压缩的轻弹簧弹开,该玩具沿水平方向分裂成质量之比为1∶4的两部分,此时它们的动能之和与玩具从地面抛出时的动能相等.弹簧弹开的时间极短,不计空气阻力.求:

(1)玩具上升到最大高度时的速度大小;

(2)两部分落地时速度大小之比.

解析:(1)设玩具上升的最大高度为h,上升到最大高度时的速度大小为v,取竖直向上为正方向,由运动学公式有0-=-2gh,

v2-=-2gh,

联立两式解得v=v0.

(2)设玩具分开时两部分的质量分别为m1、m2,水平速度大小分别为v1、v2,由题中动能关系有m1+m2=(m1+m2).

玩具到达最高点时速度为0,两部分分开时速度方向相反,水平方向动量守恒,取质量为m1的部分速度方向为正方向,有m1v1-m2v2=0,分开后两部分都做平抛运动,根据动能定理

对m1有m1gh=m1v1'2-m1,

对m2有m2gh=m2v2'2-m2,

结合m1∶m2=1∶4,

联立解得两部分落地时速度大小之比v1'∶v2'=2∶1.

答案:(1)v0　(2)2∶1 

【挑战创新】

11.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.

(m1+m+m2)v共=0+m2v0,

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