2018-2019学年高二物理人教版选修3-5试题：第16章 第5节 反冲运动 火箭

第十六章　第五节
基础夯实
一、选择题(单选题)
1．下列不属于反冲运动的是 (　B　)
A．喷气式飞机的运动 B．直升机的运动
C．火箭的运动 D．反击式水轮机的运动
解析：直升机运动是飞机螺旋桨与外部空气作用的结果，不属于反冲运动。
2．(陕西省西安电子科技中学2016～2017学年高二下学期月考)运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是 (　B　)
A．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭
B．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭
C．火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭
D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
解析：火箭工作的原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得的反冲速度，故正确答案为选项B。
3．装有炮弹的大炮总质量为M，炮弹的质量为m，炮筒水平放置，炮弹水平射出时相对炮口的速度为v0，则炮车后退的速度大小为 (　A　)
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A．v0 B．
C． D．v0
解析：设炮车后退速度大小为v1，则炮弹对地的水平速度大小为(v0－v1)，根据动量守恒定律，(M－m)v1＝m(v0－v1)，所以v1＝v0。故正确答案为A。
4．竖直发射的火箭质量为6×103kg。已知每秒钟喷出气体的质量为200kg。若要使火箭最初能得到20m/s2的向上的加速度，则喷出气体的速度应为 (　C　)
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A．700m/s B．800m/s
C．900m/s D．1000m/s
解析：每秒喷出气体的动量等于火箭每秒增加的动量，即m气v气＝m箭v箭，由动量定理得火箭获得的动力F＝＝＝200v，又F－m箭g＝m箭a，得v＝900m/s。
5．(江西九江一中2015～2016学年高二下学期期中)如图所示，在光滑的水平地面上有一辆平板车，车的两端分别站着人A和B，A的质量为mA，B的质量为mB，mA＞mB。最初人和车都处于静止状态，现在两人同时由静止开始相向而行，A和B相对地面的速度大小相等，则车 (　C　)
/
A．静止不动 B．向右运动
C．向左运动 D．左右往返运动
解析：A和B与小车作用过程中系统动量守恒，开始都静止，总动量为零。由于mA＞mB，两人速度大小相等，则A向右的动量大于B向左的动量，故小车应向左运动；故选C。
二、非选择题
6．课外科技小组制作一只“水火箭”，用压缩空气压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2×10－4m3/s，喷出速度保持为对地10m/s。启动前火箭总质量为1.4kg，则启动2s末火箭的速度可以达到多少？已知火箭沿水平轨道运动阻力不计，水的密度是103kg/m3。
答案：4m/s
解析：“水火箭”喷出水流做反冲运动，设火箭原来总质量为M，喷出水流的流量为Q，水的密度为ρ，水流的喷出速度为v，火箭的反冲速度为v′，由动量守恒定律得
(M－ρQt)v′＝ρQtv
火箭启动后2s末的速度为
v′＝＝m/s＝4m/s
7．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＝1kg，车上另有一个质量为m＝0.2kg的小球。甲车静止在平面上，乙车以v0＝8m/s的速度向甲车运动，乙车上有接收装置，总质量M2＝2kg，问：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？(球最终停在乙车上)
/
答案：25m/s
解析：要使两车不相撞，则两车速度相等。以三者为系统，动量守恒：0＋M2v0＝(M1＋m＋M2)v共，解得v共＝5m/s，以球与乙车为系统，动量守恒：M2v0－mv＝(m＋M2)v共，解得v＝25m/s。
能力提升
一、选择题(单选题)
1．(湖北黄冈市黄梅二中2016～2017学年高二下学期期中)有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长，一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻下船，用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L。已知他自身的质量为m，则渔船的质量为 (　B　)
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A． B．
C． D．
解析：设人走动时船的速度大小为v，人的速度大小为v′，人从船尾走到船头所用时间为t，取船的速度为正方向。
则v＝，v′＝，
根据动量守恒定律得：Mv－mv′＝0，
解得，船的质量：M＝，故选B。
2．(山东寿光实验中学2015～2016学年高二下学期质检)如图所示，设质量为M的导弹运动到空中最高点时速度为v0，突然炸成两块，质量为m的一块以速度v沿v0的方向飞去，则另一块的运动 (　C　)
/
A．一定沿v0的方向飞去
B．一定沿v0的反方向飞去
C．可能做自由落体运动
D．以上说法都不对
解析：根据动量守恒得v′＝，mv可能大于、小于或等于Mv0，所以v′可能小于、大于或等于零。
3.质量为m、半径为R的小球，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 (　B　)
/
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。
4．如图所示，滑槽M1与滑块M2紧靠在一起，静止于光滑的水平面上。小球m从M1的右上方无初速度地下滑，当m滑到M1左方最高处时，M1将 (　B　)
/
A．静止 B．向左运动
C．向右运动 D．无法确定
解析：小球m和滑槽M1、滑块M2三个物体构成一个系统，这个系统在水平方向所受的合外力为0，所以系统水平方向动量守恒，小球m下滑前系统总动量为0，小球m下滑后和滑槽M1作用，滑槽M1和滑块M2作用，作用结果使滑块M2向右运动，有向右的动量。当m滑到M1左方最高点时，小球m和滑槽M1的相对速度为0，但小球m和滑槽M1这个整体向左运动，有向左的动量，这样才能保证系统水平总动量为0。故选项B正确。
5.如图，小车由光滑的弧形段AB和粗糙的水平段BC组成，静止在光滑水平面上，当小车固定时，从A点由静止滑下的物体到C点恰好停止。如果小车不固定，物体仍从A点由静止滑下，则 (　A　)
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A．仍滑到小车上的C点停住
B．滑到小车上的BC间某处停住
C．会冲出C点落到车外
D．小车向左运动，其位移与物体在水平方向的位移大小一定相等
解析：小车固定时，根据能量守恒定律可知，小球下滑过程中重力势能转化为因摩擦力产生的内能。设小球离BC高度为h，BC部分长度为L，与BC摩擦力为f，此时有：
Q1＝mgh＝fL①
当小车不固定时，假设物块不会从车上滑下来，根据系统水平方向动量守恒可知最终小车和物块均静止，再根据能量守恒可知，物块的重力势能全部转化为因克服小车与木块之间的摩擦而产生的内能，此时有：
Q2＝mgh＝fL1②
由①②可知：Q1＝Q2，L1＝L，故两次产生热量一样，物块还是滑到C点停住，故A正确，B、C、D错误。
二、非选择题
6．以初速度v0与水平方向成60°角斜向上抛出的手榴弹，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。
求：(1)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？
答案：(1)2.5v0，方向与爆炸前速度的方向相反
(2)mv
解析：手榴弹爆炸过程，爆炸力是内力，远大于重力，因此爆炸过程各弹片组成的系统动量守恒，因为爆炸过程火药的化学能转化为内能，进而有一部分转化为弹片的动能，所以此过程系统的机械能(动能)增加。
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(1)斜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＝v0cos60°＝v0。设v1的方向为正方向，如图所示，由动量守恒定律得：
3mv1＝2mv′1＋mv2
其中爆炸后大块弹片速度v′1＝2v0，
解得v2＝－2.5v0，“－”号表示v2的速度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＝×2mv′＋mv－(3m)v＝mv。
7．平板车停在水平光滑的轨道上，平板车上有一人从固定在车上的货箱边缘沿水平方向顺着轨道方向跳出，落在平板车地板上的A点，距货箱水平距离为l＝4m，如图所示。人的质量为m，车连同货箱的质量为M＝4m，货箱高度为h＝1.25m。求车在人跳出后到落到地板前的反冲速度为多大。
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答案：1.6m/s
解析：人从货箱边跳离的过程，系统(人、车和货箱)水平方向动量守恒，设人的水平速度是v1，车的反冲速度是v2，取向右为正方向，则mv1－Mv2＝0，解得v2＝v1，
人跳离货箱后做平抛运动，车以v2做匀速运动，运动时间为t＝＝s＝0.5s。
在这段时间内人的水平位移s1和车的位移s2分别为s1＝v1t，s2＝v2t，由图可知，s1＋s2＝l
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即v1t＋v2t＝l，则v2＝＝m/s＝1.6m/s。