1.6 反冲现象
一、单选题
1.火箭利用喷出的气体进行加速,是利用了高速气体的哪种作用( )
A.产生的浮力 B.向外的喷力 C.反冲作用 D.热作用
2.近日,美国对中国的军事挑衅愈演愈烈,敏感时刻,解放军发出4枚“东风快递”(中程弹道导弹),准确击中预定目标,外界都将火箭军的这次发射视为对美国的警告和威慑发射导弹过程可以简化为:将静止的质量为M(含燃料)的东风导弹点火升空,在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程中重力和空气阻力的影响,则喷气结束时东风导弹获得的速度大小是( )
A. B.
C. D.
3.如图所示,两块小木块A和B中间夹上轻弹簧用细线扎在一起,放在光滑的水平台面上,烧断细线,弹簧将小木块A、B弹出,最后落到水平地面上,根据图中的有关数据,可以判定下列说法中正确的是(弹簧原长远小于桌面长度)( )
A.小木块A先落到地面上
B.两小木块质量之比
C.两小木块离开桌面时,动能之比
D.两小木块在空中飞行时所受的冲量大小之比
4.放在光滑水平面上的A、B两小车中间夹了一压缩轻质弹簧,用两手分别控制小车处于静止状态,已知A的质量大于B的质量,下面说法中不正确的是( )
A.两手同时放开后,两车的总动量为零
B.先放开右手,后放开左手,两车的总动量向右
C.先放开左手,后放开右手,两车的总动量向右
D.两手同时放开,A车的速度小于B车的速度
5.下列所描述的事例或应用中,没有利用反冲原理的是( )
A.喷灌装置的自动旋转
B.码头边轮胎的保护作用
C.章鱼在水中前行和转向
D.运载火箭发射过程
6.质量为M的热气球吊框中有一质量为m的人,共同静止在距离地面为h的高空中,现从气球上放下一根质量不计的软绳,人沿绳子安全滑到地面,在此过程中热气球上升了( )
A.h B.h C.h D.h
7.如图所示,小车静止在光滑水平面上,小车AB段是半径为R的四分之一光滑圆弧,BC段是长为L的水平粗糙轨道,两段轨道相切于B点。一质量为m的滑块(视为质点)在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下,然后滑入BC轨道,最后恰好停在C点,已知小车的质量为2m,重力加速度大小为g,则下列说法正确的是( )
A.滑块运动过程中的最大速度为
B.整个运动过程中,小车和滑块组成的系统动量守恒
C.整个运动过程中,小车的位移大小为
D.滑块与轨道BC间的动摩擦因数
8.一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向上爬时,下列说法不正确的是( )
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
二、多选题
9.如图所示,两个质量不相等的小车中间夹一被压缩的轻弹簧,现用两手分别按住小车,使它们静止在光滑水平面上。在下列几种释放小车的方式中,说法正确的是( )
A.若同时放开两车,则此后的各状态下,两小车的加速度大小一定相等
B.若同时放开两车,则此后的各状态下,两小车的动量大小一定相等
C.若先放开左车,然后放开右车,则此后的过程中,两小车和弹簧组成的系统总动量向左
D.若先放开左车,然后放开右车,则此后的过程中,两小车和弹簧组成的系统总动量向右
10.设斜向上抛出的物体在通过轨迹的最高点时,突然炸裂成质量相等的两块,已知其中一块沿原水平方向做平抛运动,则另一块的运动可能是( )
A.反方向的平抛运动 B.斜上抛运动
C.自由落体运动 D.原方向的平抛运动
11.如图所示,一辆玩具小车静止在光滑的水平导轨上,一个小球用细绳悬挂在车上,由图中位置无初速释放,则小球在下摆到最低点的过程中,下列说法正确的是( )
A.绳对车的拉力对车做正功
B.绳对小球的拉力对小球做正功
C.小球所受的合力对小球不做功
D.绳对小球的拉力对小球做负功
12.2022年10月13日6时53分,太原卫星发射中心用长征二号丙运载火箭成功将环境减灾二号E星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。下列关于火箭的描述,正确的是( )
A.增加燃气喷射量可以增大火箭的推力
B.增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速
D.火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与发射台之间的相互作用
三、解答题
13.中国“天宫二号”空间实验室采用实验舱和资源舱两舱构型,全长10.4m,最大直径3.35m,太阳翼展宽约18.4m,质量为8.6t,在“神舟十一号”飞船与“天宫二号”自动交会对接过程中(如图所示),假设两个航天器的相对速度要从之前的10km/s降到0.2m/s,飞船上有像手一样的捕获装置,会先伸出手来把“天宫二号”紧紧抓住。若“神舟十一号”飞船从后加速追上“天宫二号”,假定“神舟十一号”飞船在对接前的质量为6t,发动机喷射燃料的速度为3000m/s,估算“神舟十一号”飞船需要喷射多少燃料。
14.质量为和两个弹性小球,用轻绳紧紧的捆在一起,以速度沿光滑水平面做直线运动,后来绳子突然自动断开,断开后两球仍在原直线上运动,经时间后两球相距。求两球捆在一起时的弹性势能。
15.如图所示,可视为质点的小木块A、B的质量均为m=2kg,放在一段粗糙程度相同的水平地面上,木块A、B间夹有一小块炸药(炸药的质量可以忽略不计)。让A、B以10m/s的初速度一起从O点滑出,滑行一段距离后到达P点,此时炸药爆炸使木块A、B脱离,发现木块B立即停在原位置,木块A继续沿水平方向前进。已知O、P两点间的距离为s=9m,木块与水平地面的动摩擦因数μ=0.2,炸药爆炸时释放的化学能均全部转化为木块的动能,爆炸时间很短可以忽略不计,g取10m/s2。求:
(1)小木块A、B到达P点的速度大小;
(2)炸药爆炸后瞬间A的速度大小;
(3)炸药爆炸时释放的化学能。
参考答案:
1.C
【详解】火箭发射时,燃料燃烧,产生高温燃气,燃气通过喷管向后高速喷出,燃气对火箭产生推力,在燃气推动火箭的力的作用下,火箭升空,这是利用了反冲作用。
故选C。
2.D
【详解】取向下为正方向,对东风导弹由动量守恒定律可得
0=mv0-(M-m)v′
故
故选D。
3.D
【详解】AB.题意中可知桌面光滑,则弹簧、A、B组成的系统动量守恒。设A、B两物块速度的大小分别为、,则
根据,由下落高度相同,则AB下落时间相同。A和B平抛的水平距离之比为
则
小物块的质量之比为
弹簧原长远小于桌面长度,且AB与桌边缘距离均为,则两物块分离后,在平抛运动之前,B的速度较大,所以B到达桌边用时更短,平抛后AB下落时间相同。故B先落到地面上。故AB错误;
C.两小木块离开桌面时,动能之比为
故C错误;
D.两小木块在空中飞行时所受的冲量大小之比
故D正确。
故选D。
4.C
【详解】A.当两手同时放开时,系统的合外力为零,所以系统的动量守恒,又因为开始时总动量为零,故系统总动量始终为零,故A正确,不符合题意;
B.先放开右手,右边的小车就向右运动,当再放开左手后,系统所受合外力为零,故系统的动量守恒,且开始时总动量方向向右,放开左手后总动量方向也向右,故B正确,不符合题意;
C.先放开左手,左边的小车就向左运动,当再放开右手后,系统所受合外力为零,故系统的动量守恒,且开始时总动量方向向左,放开右手后总动量方向也向左,故C错误,符合题意;
D.当两手同时放开时,系统的合外力为零,所以系统的动量守恒,即
mAvA=mBvB
因A的质量大于B的质量,则A车的速度小于B车的速度,故D正确,不符合题意。
故选C。
5.B
【详解】A.喷灌装置的自动旋转是利用水流喷出时的反冲作用而运动的,故属于反冲运动,故A错误;
B.码头边的轮胎的作用是延长碰撞时间,从而减小作用力,不是利用了反冲作用,故B正确;
C.章鱼在水中前行和转向是利用喷出的水的反冲作用,故C错误;
D.火箭的运动是利用喷气的方式而获得动力,利用了反冲运动,故D错误。
故选B。
6.A
【详解】人与气球组成的系统动量守恒,设人的速度v1,气球的速度v2,设运动时间为t,以人与气球组成的系统为研究对象,以向下为正方向,由动量守恒得:mv1-Mv2=0,得:
其中s人=h,解得:
故选A.
7.C
【详解】A.当滑块到达B点时速度最大,由水平方向动量守恒定律有
此过程由机械能守恒定律有
解得
A错误;
B.滑块由A运动到B过程中,系统所受外力的合力不为0,系统在水平方向所受外力的合力为0,则小车和滑块组成的系统动量不守恒,但是小车和滑块组成的系统在水平方向上动量守恒,B错误;
C.由水平方向动量守恒的位移表达式有
又由于
解得
C正确;
D.根据能量守恒定律可得
解得
D错误。
故选C。
8.D
【详解】系统满足动量守恒:(M+m)v0=Mv1+mv2,当人沿梯子向上爬时,v1可能为零,可能为正,也可能为负,则只有D的说法不正确.
思路分析:可以是视为反冲运动,人、梯和气球组成的系统动量守恒
试题点评:反冲知识的应用.
9.BC
【详解】AB.由于两车质量不相等,两车的加速度大小不相等。由动量守恒,若同时放开两车,初总动量为零,此后任意时刻总动量为零,所以两小车的动量大小一定相等,A错误,B正确;
CD.若先放开左车,然后放开右车,则初总动量向左,此后的过程中,两小车和弹簧组成的系统总动量向左, C正确,D错误。
故选BC。
10.ACD
【详解】因为物体在最高点时炸裂成两块,炸裂的过程中水平方向上动量守恒,以原方向为正方向,总动量沿水平方向
由于只知道其中一块沿原水平方向做平抛运动,但由于质量大小和速度大小未知,所以另一块的动量大小方向都无法确定,讨论如下
①如果,则p2为正值,另一块炸后方向与原方向相同,竖直方向没初速度,只受重力,所以沿原方向做平抛运动;
②如果,则p2为0,另一块炸后水平方向和竖直方向都没有初速度,只受重力,所以做自由落体运动;
③如果,则p2为负值,另一块炸后方向与原方向相反,竖直方向没初速度,只受重力,所以向反方向做平抛运动。
故选项B错误,ACD正确。
故选ACD。
11.AD
【详解】由于车和球这个系统水平方向上动量守恒,所以当小球下摆时,车子会向右移动,小车的动能增加,由绳的拉力对小车做正功,这时小球运动的轨迹将与绳子不垂直,夹角大于90°,则绳的拉力对小球做负功,B错误AD正确;小球在下落过程中动能增加,根据动能定理可知,合外力对小球做正功,C错误.
12.AB
【详解】AB.根据动量定理可知
增加燃气喷射量可以增大火箭的推力,增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力,选项AB正确;
C.当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时,燃气相对火箭仍有速度,仍可使得火箭加速,选项C错误;
D.火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与火箭之间的相互作用,选项D错误。
故选AB。
13.4615kg
【详解】设喷燃料前飞船的质量为M,喷射出燃料的质量为m,以喷燃料前的飞船为参考系,喷燃料后飞船速度与“天宫二号”速度相差0.2m/s,因为0.2m/s<10km/s,故可认为喷燃料后飞船速度增加=10km/s,喷出的燃料可等效为一次喷出,=3000m/s,由动量守恒定律可得
解得
m=4615kg
即需喷出4615kg的燃料。
14.0.027J
【详解】两球组成的系统动量守恒,以两球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得
(m1+m2)v0=m1v1+m2v2
由题给条件可知,断开后经t=5s后有
(v1-v2)t=s
代入数据解得
v1=0.70m/s
v2=-0.20m/s
由能量守恒定律可知
代入数据解得
15.(1)8m/s;(2)16m/s;(3)128J
【详解】(1)研究OP阶段,设两木块初速度为v0,P点速度为vP,由动能定理,有
解得
vp==8m/s
(2)研究爆炸阶段,爆炸后A的速度为vA,系统动量守恒,则
2mvp=0+mvA
可得
vA=16m/s
(3)由能量守恒定律,有
解得释放的化学能
Q=△Ek=128J