2025人教版高中物理选择性必修第一册同步练习题（有解析）--1.6 反冲现象 火箭
文档属性
| 名称 | 2025人教版高中物理选择性必修第一册同步练习题（有解析）--1.6 反冲现象 火箭 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 383.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-06-04 10:55:01 | ||
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文档简介
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2025人教版高中物理选择性必修第一册
第一章 动量守恒定律
6 反冲现象 火箭
基础过关练
题组一 反冲现象
1.(多选题)国产科幻大片《流浪地球》中有这样的情节:为了自救,人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划,即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机,推动地球离开太阳系,用2 500年的时间奔往另外一个栖息之地。这个科幻情节中有反冲运动的原理。现实中的下列运动,属于反冲运动的有 ( )
A.汽车的运动 B.直升机的运动
C.火箭的运动 D.喷气式飞机的运动
2.(经典题)(2024四川绵阳期末)一只质量为0.9 kg的乌贼吸入0.1 kg的水后,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,以大小为2 m/s的速度向前逃窜。下列说法错误的是 ( )
A.在乌贼喷水的过程中,乌贼所受合力的冲量大小为1.8 N·s
B.在乌贼喷水的过程中,乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大
C.乌贼喷出的水的速度大小为18 m/s
D.在乌贼喷水的过程中,有18 J的生物能转化成机械能
题组二 火箭
3.“火箭”这个词在公元三世纪就已出现。关于现代火箭,下列说法正确的是 ( )
A.影响火箭速度大小的主要因素是喷气的速度大小、喷出气体的质量与喷气后的火箭质量之比
B.火箭开始工作后做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气,空气的反作用力推动火箭
C.火箭点火后离开地面向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果
D.火箭、喷气式飞机、直升机的运动都是利用反冲获得动力的
4.(2024四川南充第一中学月考)一质量为M的航天器正以速度v0在地球同步卫星轨道上绕地球做圆周运动,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出一定质量的气体,气体喷出时速度大小为v1(以地心为参考系),加速后航天器的速度大小为v2,则喷出气体的质量m为 ( )
A.M B.M C.M D.M
5.(2024江苏镇江联考)一架总质量为m(含燃料)的飞船在太空中以速度v匀速航行,某时刻飞船在极短的时间内喷射出质量为Δm的燃烧气体,气体喷出后与飞船的相对速度大小为u,设飞船初始运动方向为正方向,则 ( )
A.气体对飞船的冲量小于飞船动量的变化量
B.气体喷出后的运动方向可能与飞船运动方向相同
C.Δm和m的比值越大,飞船速度的增加量就越小
D.飞船喷出气体后速度可增加到
6.(教材习题改编)一架喷气式飞机,如果它向后喷出的气体相对飞机的速度为800 m/s,以下说法正确的是 ( )
A.若飞机对地速度已大于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相反
B.若飞机对地速度已小于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相同
C.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度不会增大
D.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度还会增大
能力提升练
题组一 人船模型规律
1.(多选题)(2024河南开封期中)如图所示,质量为M、长度为L的船停在平静的湖面上,船头站着质量为m的人,M>m。现在人由静止开始由船头走到船尾,不计船在运动过程中所受的水的阻力。则 ( )
A.人和船运动方向相反
B.船的速度大于人的速度
C.由于船的惯性大,当人停止运动时,船还要继续运动一段距离
D.人相对水面的位移大小为L
2.(2023河北保定第三中学月考)有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(质量为一吨左右)。一位同学想用一把卷尺粗略测定它的质量,他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船。用卷尺测出船后退的距离d及船长L。已知他自身的质量为m,水的阻力不计,船的质量为 ( )
A. B.
C. D.
题组二 变质量的反冲运动
3.(2024山东菏泽期中)喷气背包作为航天员舱外活动的主要动力装置,能让航天员保持较高的机动性。如图所示,一个连同装备总质量为M=100 kg的航天员,装备内有一个喷嘴可以使压缩气体以相对空间站v=50 m/s的速度喷出。航天员在距离空间站s=45 m处与空间站处于相对静止状态,航天员完成任务后,必须向着返回空间站方向的反方向释放压缩气体,才能回到空间站,喷出的气体总质量为m=0.15 kg,返回时间约为 ( )
A.300 s B.400 s C.600 s D.800 s
4.(2024湖南长沙南雅中学月考)一个连同装备共有M=100 kg的航天员,脱离宇宙飞船后,在离飞船x=45 m处与飞船处于相对静止状态。他带着一个装有m0=0.5 kg氧气的贮氧筒,贮氧筒有个喷嘴可以使氧气相对于喷嘴以u=50 m/s的速率向后喷出。航天员必须向着与返回飞船相反的方向喷出氧气,才能回到飞船上去,同时又必须保留一部分氧气供他在飞回飞船的途中呼吸。航天员呼吸的耗氧率为Q=2.5×10-4 kg/s。
(1)如果航天员在开始返回的瞬间喷出m1=0.1 kg的氧气,求喷出氧气后航天员相对于飞船的速度大小。
(2)试通过计算说明喷出m1=0.1 kg的氧气后,该航天员能否安全回到飞船。
(3)如果航天员想以最短的时间返回飞船,他开始最多能释放出多少氧气 这时他返回飞船所用的时间是多少
答案与分层梯度式解析
第一章 动量守恒定律
6 反冲现象 火箭
基础过关练
1.CD 如果一个静止的物体在内力的作用下分裂成两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动,这个现象叫反冲。汽车是利用摩擦力而前进的,汽车的运动不属于反冲运动,选项A错误;直升机是利用空气的反作用力而上升的,直升机的运动不属于反冲运动,选项B错误;火箭是利用喷气的方式而获得动力的,火箭的运动属于反冲运动,选项C正确;喷气式飞机是利用气体的反冲作用而获得动力的,喷气式飞机的运动属于反冲运动,选项D正确。
2.B 在乌贼喷水的过程中,乌贼所受合力的冲量大小为I=m1v1-0=1.8 N·s,A说法正确;在乌贼喷水的过程中,乌贼和喷出的水组成的系统所受合力为零,所以系统动量守恒,B说法错误;由动量守恒定律有0=m1v1-m2v2,可得v2=18 m/s,C说法正确;在乌贼喷水的过程中,生物能转化成机械能,可得ΔEk=m1+m2=18 J,D说法正确。故选B。
易错警示 反冲运动的特别提醒
(1)若反冲作用是在很短的时间内进行的且内力远大于外力,则在这一段很短的时间内,可以认为外力的存在不影响系统的动量守恒。
(2)内力做的功往往会改变系统的总动能。
(3)要明确反冲运动对应的过程,弄清对应的初、末状态的速度大小和方向。
3.A 火箭工作的原理是利用反冲运动,火箭高速向下喷出气体,喷出的气体对火箭的反作用力使火箭向上运动,选项B、C错误。设喷气速度为v,喷出气体的质量为m,喷气后的火箭质量为M,火箭获得的速度大小为v',根据动量守恒定律有mv=Mv',解得v'=v,故影响火箭速度大小的主要因素是喷气的速度大小、喷出气体的质量与火箭质量之比,选项A正确。火箭是利用喷气的方式获得动力的,它的运动属于反冲运动;喷气式飞机是利用喷出气体的反冲作用而获得动力的,它的运动属于反冲运动;直升机是利用空气的作用力而使飞机上升的,其运动不属于反冲运动,选项D错误。
4.C 规定航天器的速度方向为正方向,由动量守恒定律可得Mv0=(M-m)v2-mv1,解得m=M,选项C正确。
5.B 根据动量定理,气体对飞船的冲量等于飞船动量的变化量,选项A错误;当飞船的速度大于气体相对飞船的速度时,气体喷出后的运动方向与飞船运动方向相同,选项B正确;以飞船的运动方向为正方向,由动量守恒有mv=(m-Δm)v'-Δm(u-v'),可得v'=v+u,Δm和m的比值越大,飞船速度的增加量就越大,选项C、D错误。
6.D 若飞机对地速度已大于800 m/s,则喷出气体相对地面速度为正值,喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相同,选项A错误;若飞机对地速度已小于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相反,选项B错误;无论飞机对地速度大于还是小于800 m/s,继续喷气飞机的速度均会增大,选项C错误,D正确。
能力提升练
1.AD 对于人和船组成的系统,不计船在运动过程中所受的水的阻力,则系统在水平方向动量守恒,有mv0+Mv=0,所以人和船运动的方向相反,由于M>m,所以v0>v,当人停止时,船也停止,根据ms0=M(L-s0),解得s0=L,选项A、D正确。
2.A 设人走动时船的速度大小为v船,人的速度大小为v人,取船的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有Mv船-mv人=0,则有Mx船-mx人=0(破题关键),又x船+x人=L,x船=d,联立解得船的质量为M=,A正确,B、C、D错误。
方法技巧 求解人船模型问题的一般思路
3.C 取喷出的气体速度方向为正方向,根据动量守恒定律可得mv-(M-m)v1=0,航天员匀速返回空间站所需要的时间t=,代入数据联立得t=599.1 s,所以返回时间约为600 s,选项C正确。
4.答案 (1)0.05 m/s (2)见解析
(3)0.45 kg 199.1 s
解析 (1)根据动量守恒定律可得m1u=(M-m1)v
代入数据可得v≈0.05 m/s
(2)返回时间t==900 s
呼吸耗氧m=Qt=0.225 kg
因为m+m1(3)为了最短时间返回飞船,设喷出质量为m2的氧气,喷气后速度为v1,喷气过程动量守恒,有
m2u=(M-m2)v1
返回时间t=
呼吸耗氧Δm=m0-m2=Qt
解得m2≈0.45 kg
返回时间t=199.1 s
方法技巧 火箭类反冲问题解题要领
(1)两部分初、末状态的速度所选的参考系必须是同一参考系,且一般以地面为参考系。
(2)要特别注意反冲前、后两部分对应的质量。
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向,一般而言,反冲后两部分的运动方向是相反的。
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第一章 动量守恒定律
6 反冲现象 火箭
基础过关练
题组一 反冲现象
1.(多选题)国产科幻大片《流浪地球》中有这样的情节:为了自救,人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划,即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机,推动地球离开太阳系,用2 500年的时间奔往另外一个栖息之地。这个科幻情节中有反冲运动的原理。现实中的下列运动,属于反冲运动的有 ( )
A.汽车的运动 B.直升机的运动
C.火箭的运动 D.喷气式飞机的运动
2.(经典题)(2024四川绵阳期末)一只质量为0.9 kg的乌贼吸入0.1 kg的水后,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,以大小为2 m/s的速度向前逃窜。下列说法错误的是 ( )
A.在乌贼喷水的过程中,乌贼所受合力的冲量大小为1.8 N·s
B.在乌贼喷水的过程中,乌贼和喷出的水组成的系统的动量增大
C.乌贼喷出的水的速度大小为18 m/s
D.在乌贼喷水的过程中,有18 J的生物能转化成机械能
题组二 火箭
3.“火箭”这个词在公元三世纪就已出现。关于现代火箭,下列说法正确的是 ( )
A.影响火箭速度大小的主要因素是喷气的速度大小、喷出气体的质量与喷气后的火箭质量之比
B.火箭开始工作后做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气,空气的反作用力推动火箭
C.火箭点火后离开地面向上运动,是地面对火箭的反作用力作用的结果
D.火箭、喷气式飞机、直升机的运动都是利用反冲获得动力的
4.(2024四川南充第一中学月考)一质量为M的航天器正以速度v0在地球同步卫星轨道上绕地球做圆周运动,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出一定质量的气体,气体喷出时速度大小为v1(以地心为参考系),加速后航天器的速度大小为v2,则喷出气体的质量m为 ( )
A.M B.M C.M D.M
5.(2024江苏镇江联考)一架总质量为m(含燃料)的飞船在太空中以速度v匀速航行,某时刻飞船在极短的时间内喷射出质量为Δm的燃烧气体,气体喷出后与飞船的相对速度大小为u,设飞船初始运动方向为正方向,则 ( )
A.气体对飞船的冲量小于飞船动量的变化量
B.气体喷出后的运动方向可能与飞船运动方向相同
C.Δm和m的比值越大,飞船速度的增加量就越小
D.飞船喷出气体后速度可增加到
6.(教材习题改编)一架喷气式飞机,如果它向后喷出的气体相对飞机的速度为800 m/s,以下说法正确的是 ( )
A.若飞机对地速度已大于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相反
B.若飞机对地速度已小于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相同
C.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度不会增大
D.若飞机对地速度已大于800 m/s,则继续喷气飞机速度还会增大
能力提升练
题组一 人船模型规律
1.(多选题)(2024河南开封期中)如图所示,质量为M、长度为L的船停在平静的湖面上,船头站着质量为m的人,M>m。现在人由静止开始由船头走到船尾,不计船在运动过程中所受的水的阻力。则 ( )
A.人和船运动方向相反
B.船的速度大于人的速度
C.由于船的惯性大,当人停止运动时,船还要继续运动一段距离
D.人相对水面的位移大小为L
2.(2023河北保定第三中学月考)有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(质量为一吨左右)。一位同学想用一把卷尺粗略测定它的质量,他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船。用卷尺测出船后退的距离d及船长L。已知他自身的质量为m,水的阻力不计,船的质量为 ( )
A. B.
C. D.
题组二 变质量的反冲运动
3.(2024山东菏泽期中)喷气背包作为航天员舱外活动的主要动力装置,能让航天员保持较高的机动性。如图所示,一个连同装备总质量为M=100 kg的航天员,装备内有一个喷嘴可以使压缩气体以相对空间站v=50 m/s的速度喷出。航天员在距离空间站s=45 m处与空间站处于相对静止状态,航天员完成任务后,必须向着返回空间站方向的反方向释放压缩气体,才能回到空间站,喷出的气体总质量为m=0.15 kg,返回时间约为 ( )
A.300 s B.400 s C.600 s D.800 s
4.(2024湖南长沙南雅中学月考)一个连同装备共有M=100 kg的航天员,脱离宇宙飞船后,在离飞船x=45 m处与飞船处于相对静止状态。他带着一个装有m0=0.5 kg氧气的贮氧筒,贮氧筒有个喷嘴可以使氧气相对于喷嘴以u=50 m/s的速率向后喷出。航天员必须向着与返回飞船相反的方向喷出氧气,才能回到飞船上去,同时又必须保留一部分氧气供他在飞回飞船的途中呼吸。航天员呼吸的耗氧率为Q=2.5×10-4 kg/s。
(1)如果航天员在开始返回的瞬间喷出m1=0.1 kg的氧气,求喷出氧气后航天员相对于飞船的速度大小。
(2)试通过计算说明喷出m1=0.1 kg的氧气后,该航天员能否安全回到飞船。
(3)如果航天员想以最短的时间返回飞船,他开始最多能释放出多少氧气 这时他返回飞船所用的时间是多少
答案与分层梯度式解析
第一章 动量守恒定律
6 反冲现象 火箭
基础过关练
1.CD 如果一个静止的物体在内力的作用下分裂成两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动,这个现象叫反冲。汽车是利用摩擦力而前进的,汽车的运动不属于反冲运动,选项A错误;直升机是利用空气的反作用力而上升的,直升机的运动不属于反冲运动,选项B错误;火箭是利用喷气的方式而获得动力的,火箭的运动属于反冲运动,选项C正确;喷气式飞机是利用气体的反冲作用而获得动力的,喷气式飞机的运动属于反冲运动,选项D正确。
2.B 在乌贼喷水的过程中,乌贼所受合力的冲量大小为I=m1v1-0=1.8 N·s,A说法正确;在乌贼喷水的过程中,乌贼和喷出的水组成的系统所受合力为零,所以系统动量守恒,B说法错误;由动量守恒定律有0=m1v1-m2v2,可得v2=18 m/s,C说法正确;在乌贼喷水的过程中,生物能转化成机械能,可得ΔEk=m1+m2=18 J,D说法正确。故选B。
易错警示 反冲运动的特别提醒
(1)若反冲作用是在很短的时间内进行的且内力远大于外力,则在这一段很短的时间内,可以认为外力的存在不影响系统的动量守恒。
(2)内力做的功往往会改变系统的总动能。
(3)要明确反冲运动对应的过程,弄清对应的初、末状态的速度大小和方向。
3.A 火箭工作的原理是利用反冲运动,火箭高速向下喷出气体,喷出的气体对火箭的反作用力使火箭向上运动,选项B、C错误。设喷气速度为v,喷出气体的质量为m,喷气后的火箭质量为M,火箭获得的速度大小为v',根据动量守恒定律有mv=Mv',解得v'=v,故影响火箭速度大小的主要因素是喷气的速度大小、喷出气体的质量与火箭质量之比,选项A正确。火箭是利用喷气的方式获得动力的,它的运动属于反冲运动;喷气式飞机是利用喷出气体的反冲作用而获得动力的,它的运动属于反冲运动;直升机是利用空气的作用力而使飞机上升的,其运动不属于反冲运动,选项D错误。
4.C 规定航天器的速度方向为正方向,由动量守恒定律可得Mv0=(M-m)v2-mv1,解得m=M,选项C正确。
5.B 根据动量定理,气体对飞船的冲量等于飞船动量的变化量,选项A错误;当飞船的速度大于气体相对飞船的速度时,气体喷出后的运动方向与飞船运动方向相同,选项B正确;以飞船的运动方向为正方向,由动量守恒有mv=(m-Δm)v'-Δm(u-v'),可得v'=v+u,Δm和m的比值越大,飞船速度的增加量就越大,选项C、D错误。
6.D 若飞机对地速度已大于800 m/s,则喷出气体相对地面速度为正值,喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相同,选项A错误;若飞机对地速度已小于800 m/s,则喷出气体相对地面速度方向与飞机运动方向相反,选项B错误;无论飞机对地速度大于还是小于800 m/s,继续喷气飞机的速度均会增大,选项C错误,D正确。
能力提升练
1.AD 对于人和船组成的系统,不计船在运动过程中所受的水的阻力,则系统在水平方向动量守恒,有mv0+Mv=0,所以人和船运动的方向相反,由于M>m,所以v0>v,当人停止时,船也停止,根据ms0=M(L-s0),解得s0=L,选项A、D正确。
2.A 设人走动时船的速度大小为v船,人的速度大小为v人,取船的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有Mv船-mv人=0,则有Mx船-mx人=0(破题关键),又x船+x人=L,x船=d,联立解得船的质量为M=,A正确,B、C、D错误。
方法技巧 求解人船模型问题的一般思路
3.C 取喷出的气体速度方向为正方向,根据动量守恒定律可得mv-(M-m)v1=0,航天员匀速返回空间站所需要的时间t=,代入数据联立得t=599.1 s,所以返回时间约为600 s,选项C正确。
4.答案 (1)0.05 m/s (2)见解析
(3)0.45 kg 199.1 s
解析 (1)根据动量守恒定律可得m1u=(M-m1)v
代入数据可得v≈0.05 m/s
(2)返回时间t==900 s
呼吸耗氧m=Qt=0.225 kg
因为m+m1
m2u=(M-m2)v1
返回时间t=
呼吸耗氧Δm=m0-m2=Qt
解得m2≈0.45 kg
返回时间t=199.1 s
方法技巧 火箭类反冲问题解题要领
(1)两部分初、末状态的速度所选的参考系必须是同一参考系,且一般以地面为参考系。
(2)要特别注意反冲前、后两部分对应的质量。
(3)列方程时要注意初、末状态动量的方向,一般而言,反冲后两部分的运动方向是相反的。
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