2021-2022学年人教版(2019)选择性必修第一册
1.6反冲运动火箭
课时作业(解析版)
1.我国发射的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站实现了完美对接假设“神舟十一号”飞船到达对接点附近时对地的速度为v,此时的质量为m;欲使飞船追上“天宫二号”实现对接,飞船需加速到,飞船发动机点火,将质量为的燃气一次性向后喷出,燃气对地向后的速度大小为,不考虑飞船加速过程中的变轨,则在这个过程中,下列各表达式正确的是
A.
B.
C.
D.
2.穿着溜冰鞋的人,站在光滑的冰面上,沿水平方向举枪射击.设第一次射出子弹后,人后退的速度为v,且每次射出的子弹对地速度均相同,则
A.无论射出多少颗子弹,人后退的速度为nv保持不变
B.射出n颗子弹后,人后退的速度为nv
C.射出n颗子弹后,人后退的速度大于nv
D.射出n颗子弹后,人后退的速度小于nv
3.总质量为M的火箭以速度飞行,质量为m的燃气相对于火箭以速率u向后喷出,则火箭的速度大小为
A.
B.
C.
D.
4.如图所示,甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,结果两人向相反方向滑去.已知甲的质量为45kg,乙的质量为50kg.则下列判断正确的是
A.甲的速率与乙的速率之比为
9:10
B.甲的加速度大小与乙的加速度大小之比为
9:10
C.甲对乙的冲量大小与乙对甲的冲量大小之比为
1:1
D.甲的动能与乙的动能之比为1:1
5.“爆竹声中一岁除,春风送暖入屠苏”,爆竹声响是辞旧迎新的标志,是喜庆心情的流露.有一个质量为的爆竹斜向上抛出,到达最高点时速度大小为、方向水平向东,在最高点爆炸成质量不等的两块,其中一块质量为,速度大小为,方向水平向东,则另一块的速度是(
)
A.
B.
C.
D.
6.静止在水面上的船,船身长为,质量为,船头紧靠码头,船头上有一固定木板伸出船身,现有一质量为的人从船尾走向码头,如图所示.要使该人能安全上岸,则木板伸出船身部分长度至少应为(水对船及码头对木板的阻力不计)(
)
A.
B.
C.
D.
7.如图所示,滑块A静置在半圆柱B的最高点,B的表面光滑,初始时系统静止.现给A一个轻微扰动,使得A沿B的表面下滑.若在下滑过程中,两者分离,记分离时A的角位置为θ(A和圆心的连线与竖直方向的夹角,0°<θ<90°).对于(1)A的质量m远小于B的质量M;(2)A的质量m远大于B的质量M这两种情况,下列说法正确的是(
)
A.两种情况下,两者都不会分离
B.只有一种情况两者会分离
C.都能分离,(1)的θ更大
D.都能分离,(2)的θ更大
8.光滑水平桌面上有P、Q两个物块,Q的质量是P的n倍.将一轻弹簧置于P、Q之间,用外力缓慢压P、Q.撤去外力后,P、Q开始运动,P和Q的动量大小的比值为(
)
A.n2
B.n
C.
D.1
9.向空中发射一枚炮弹,不计空气阻力,当此炮弹的速度恰好沿水平方向时,炮弹炸裂成a、b两块,若质量较大的a的速度方向仍沿原来的方向,则有(
)
A.b的速度方向一定与原来速度方向相反
B.从炸裂到落地的这段时间内,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一定相同
10.电影《火星救援》中,宇航员在太空中与飞船之间相距7.5m,飞船无法实施救援活动,为了靠近飞船,男主角剪破自己的宇航服,反向喷出气体使自己飞向飞船.假设气体能以50m/s的速度喷出,宇航员连同装备共100kg,开始时宇航员和飞船保持相对静止,宇航员必须在100s内到达飞船,喷出气体的质量至少为( )
A.0.1kg
B.0.15kg
C.0.2kg
D.0.25kg
11.将质量为1.00㎏的模型火箭点火升空,50g燃烧的燃气以大小为500m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出.在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)(
)
A.5.7×102kg·m/s
B.25kg·m/s
C.6.0×102kg·m/s
D.6.3×102kg·m/s
12.如图所示,一光滑地面上有一质量为m′的木板ab,一质量为m的人站在木板的a端,关于人由静止开始运动到木板的b端(M、N表示地面上原a、b对应的点),下列图示正确的是
A.
B.
C.
D.
13.斜向上抛出一个爆竹,到达最高点时(速度水平向东)立即爆炸成质量相等的三块,前面一块速度水平向东,后面一块速度水平向西,前、后两块的水平速度(相对地面)大小相等、方向相反.则以下说法中正确的是
A.爆炸后的瞬间,中间那块的速度可能水平向西
B.爆炸后的瞬间,中间那块的速度大于爆炸前瞬间爆竹的速度
C.爆炸后三块将同时落到水平地面上,并且落地时的动量相同
D.爆炸后的瞬间,中间那块的动能可能小于爆炸前的瞬间爆竹的总动能
14.如图所示,某人站在一辆平板车的左端,车静止在光滑的水平地面上,若他用铁锤连续敲击车的左端?下列对平板车的运动情况描述正确的是
A.锤子向上抡起(速度与图中υ同向)时,车向左运动
B.锤子下落(速度与图中υ反向)时,车向右运动
C.锤子抡至最高点静止时,车速度为0
D.这种办法可使车持续向右运动
15.A、B两船的质量均为m,都静止在平静的湖面上,现A船上质量为的人,以对地水平速度v从A船跳到B船,再从B船跳到A船,经n次跳跃后,人停在B船上,不计水的阻力,则(
)
A.A、B两船速度大小之比为2:3
B.A、B(包括人)两船的动量大小之比为1:1
C.A、B(包括人)两船的动量之和为0
D.A、B(包括人)两船动能之比为1:1
16.一只质量为的乌贼吸入的水,静止在水中。遇到危险时,它在极短时间内把吸入的水向后全部喷出,以的速度向前逃窜。求该乌贼喷出的水的速度大小v。
17.如图所示,进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80kg和100kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0.1m/s,A将B向空间站方向轻推后,A的速度变为0.2m/s,求此时B的速度大小和方向。
18.如图所示,质量为m3=2m的滑道静止在光滑的水平面上,滑道的AB部分是半径为R的四分之一圆弧,圆弧底部与长为0.5R滑道水平部分相切,滑道末端距离地面高度为R,整个滑道均光滑。质量为m2=3m的物体2(可视为质点)放在滑道的B点,现让质量为m1=m的物体1(可视为质点)自A点由静止释放,两物体在滑道上相碰后粘为一体,重力加速度为g。求:
(1)物体1从释放到与物体2恰好将要相碰的过程中,滑道向左运动的距离;
(2)物体1和2落地时,距滑道右侧底部的距离。
参考答案
1.C
【详解】
ABCD.飞船发动机点火喷出燃气由动量守定律得
故C正确ABD错误。
故选C。
2.C
【详解】
ABCD.设人、枪(包括子弹)的总质量为M,每颗子弹质量为m子弹出射速度为,由已知有
设射出n颗后,人后退速度为,则有
由以上分析有
,
因,所以有,故C正确ABD错误。
故选C。
3.A
【详解】
ABCD.设喷出燃气后火箭的速度为,则燃气的对地速度为(取火箭的速度方向为正方向),由动量守恒定律,可得
解得
选A正确BCD错误。
故选A。
4.C
【详解】
A.甲、乙两人组成的系统动量守恒,以两人组成的系统为研究对象,以甲的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
甲、乙的速率之比:
故A错误;
B.甲与乙之间的作用力为作用力与反作用力,大小相等,由牛顿第二定律:
加速度之比:
故B错误;
C.甲、乙两人组成的系统动量守恒,所以分离后二者动量大小相等,方向相反.由动量定理:I=△mv=△P可知,甲对乙的冲量大小与乙对甲的冲量大小之比为1:1.故C正确;
D.动能的表达式:
甲、乙动能之比:
故D错误.
5.C
【详解】
在最高点水平方向动量守恒,由动量守恒定律可知,,可得另一块的速度为.
A.
,与结论不相符,选项A不符合题意;
B.
,与结论不相符,选项B不符合题意;
C.
,与结论相符,选项C符合题意;
D.
,与结论不相符,选项D不符合题意;
6.D
【详解】
对于船和人组成的系统,在水平方向上动量守恒,人上岸的过程,船向后退,设后退的位移大小为x,则人相对于地面的位移大小为L,取人的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
即有
解得,所以木板伸出船身部分长度至少应为.
A.
,与结论不相符,选项A不符合题意;
B.
,与结论不相符,选项B不符合题意;
C.
,与结论不相符,选项C不符合题意;
D.
,与结论相符,选项D符合题意;
7.C
【详解】
建立坐标系如图所示,设分离时B的速度为v,A相对于B的速度分量分别为v'x=ωRcosθ,v'y=-ωRsinθ.其中ω为A绕О转动的瞬时角速度,则A的绝对速度分量分别为vx=ωRcosθ-v,vy=-ωRsinθ.
根据机械能守恒定律和动量守恒定律,有,mvx=Mv.
分离时有N=0,则有mgcosθ=mω2R.
联立解得.
当A的质量m远小于B的质量M时,,则有-3cosθ+2=0,解得.当A的质量m远大于B的质量M时,,则有cos3θ-3cosθ+2=0,即(cosθ-1)2(cosθ+2)=0.舍掉不合理的解,得cosθ=1,则两种情况两者都会分离,且(1)的θ更大.
A.两种情况下,两者都不会分离,与结论不相符,选项A错误;
B.只有一种情况两者会分离,与结论不相符,选项B错误;
C.都能分离,(1)的θ更大,与结论不相符,选项C错误;
D.都能分离,(2)的θ更大,与结论相符,选项D正确;
8.D
【详解】
对于两个物块组成的系统,弹簧的弹力属于内力,而内力不改变系统的总动量,所以两个物块的动量大小相等,方向相反;故pP:pQ=1:1.
A.n2,与结论不相符,选项A错误;
B.n,与结论不相符,选项B错误;
C.,与结论不相符,选项C错误;
D.1,与结论相符,选项D正确;
9.C
【详解】
A.在炸裂过程中,由于重力远小于内力,系统的动量守恒,炸裂前炮弹的速度沿水平方向,炸裂后a的速度沿原来的水平方向,根据动量守恒定律判断出b的速度一定沿水平方向,但不一定与原速度方向相反,取决于a的动量与炮弹原来动量的大小关系,故A错误.
B.a、b都做平抛运动,飞行时间相同,由于初速度大小关系无法判断,所以a飞行的水平距离不一定比b的大,故B错误.
C.a、b都做平抛运动,在竖直方向做自由落体运动,由于高度相同,飞行时间一定相同,a、b一定同时到达水平地面,故C正确.
D.在炸裂过程中,a、b受到的爆炸力大小相等,作用时间相同,则爆炸力的冲量大小一定相等,但方向相反,爆炸力的冲量不同,故D错误.
10.B
【详解】
设宇航员反冲获得的速度为u,则:u0.075m/s,设喷出气体的质量为m,宇航员连同装备的质量为M,喷出气体的过程系统动量守恒,以气体的速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv﹣(M﹣m)u=0,解得:m≈0.15kg,故选B.
11.B
【详解】
开始总动量为零,规定气体喷出的方向为正方向,根据动量守恒定律得:0=m1v1+p,解得,火箭的动量为:p=-m1v1=-0.05×500kg?m/s=-25kg?m/s,负号表示方向,故B正确,BCD错误.
故选B.
12.D
【详解】
根据动量守恒定律,M、m系统动量守恒,对于题中的“人板模型”,各自对地的位移为sM、sm,且有
MsM=msm,
sM+sm=L板(有时也称为平均动量守恒),
解得:
sm=,
sM=;
以M点为参考,人向右运动,木板向左运动,且人向右运动的位移加上木板向左运动的位移之和为板的长度,所以D正确,ABC错误。
故选D。
【点睛】
动量守恒定律是力学中的一条重要规律,又可应用于整个高中物理,所以它是高考重点考查的内容,更是复习备考的一个难点.在应用定律时应该注意其条件性、矢量性、相对性和普遍性.
13.B
【详解】
A、B、爆竹在最高点速度大小为v0、方向水平向东,爆炸前动量为3mv0,其中前面一块质量为m,速度大小为v,方向水平向东,后面一块质量为m,速度大小为v,方向水平向西,设爆炸后中间一块瞬时速度为v′,取水平向东为正方向,爆炸过程动量守恒,?则有:3mv0=mv+m?v′
-mv;解得:,即.爆炸后的瞬间,中间那块的速度方向水平向东,且大于爆炸前瞬间爆竹的速度,故A错误,B正确.
C、下落的高度相同,则获得的竖直速度相同,根据速度的合成可知末速度方向不同,所以落地时的动量不相同,故C错误.
D、爆炸后中间那块的动能,爆炸前的瞬间爆竹的总动能,所以,故D错误.
故选B.
【点睛】
对于爆炸、碰撞等过程,系统所受的外力不为零,但内力远大于外力,系统的动量近似守恒,这类问题往往运用动量守恒和能量守恒两大守恒定律结合进行求解.
14.C
【详解】
A.小车和人与铁锤组成的系统在水平方向上动量守恒,锤子轮起的过程中,锤子有水平向左的动量分量,由动量守恒定律知,车向右运动,故A错误;
B.锤子下落的过程中,锤子有水平向右的动量分量,由动量守恒定律知,车向左运动,故B错误;
C.锤子抡至最高点时,其速度为零,由动量守恒定律知,车速度为0,故C正确;
D.这种办法不可使车持续向右运动,故D错误;
故选C.
15.BC
【详解】
A.最终人停在B船上,以A、B两船及人组成的系统为研究对象,在整个过程中,以A的速度方向为正方向,由动量守恒定律得
解得
故A错误;
B.以人与两船组成的系统为研究对象,人在跳跃过程中总动量守恒,所以A、B(包括人)两船的动量大小之比是1:1,故B正确;
C.由于系统的总动量守恒,始终为零,故A、B(包括人)两船的动量之和也为零,故C正确;
D.A、B(包括人)两船的动能之比
故D错误。
故选BC。
16.
【详解】
乌贼喷水过程,时间较短,内力远大于外力,动量守恒;选取乌贼逃窜的方向为正方向,根据动量守恒定律得
解得喷出水的速度大小为
17.0.02m/s,远离空间站。
【详解】
两宇航员组成的系统动量守恒,以远离空间站的方向为正方向,A和B开始的速度为v0=0.1m/s,方向远离空间站,推开后,A的速度vA=0.2m/s,此时B的速度为vB,由动量守恒定律得
(mA+mB)v0=mAvA+mBvB
即
(80+100)×0.1=80×0.2+100vB
解得:
vB=0.02m/s
B的速度方向沿远离空间站方向;
18.(1)0.5R;(2)
【详解】
(1)物体1从释放到与物体2碰撞前瞬间,物体1、滑道组成的系统水平方向动量守恒,设物体1水平位移大小为x1,滑道水平位移大小为x3,有:
0=m1x1-m3x3
x1+x3=R
解得
(2)设物体1运动到滑道上的B点时物体1的速度大小为v1,滑道的速度大小为v3,轨道对物体1的支持力为N,物体1和滑道组成的系统,由机械能守恒定律有
由动量守恒定律有
0=m1v1-m3v3
物体1与物体2碰撞后立即飞离轨道做平抛运动,设物体1和物体2相碰后的共同速度大小为v2,做平抛运动时物体1、2水平位移为s1,轨道向左滑动s2,由动量守恒定律有
m1v1=(m1+m2)v2
代入数据可以求得