高中物理人教版物理选修3-5练习 第十六章　5　反冲运动　火箭 Word版含解析

5　反冲运动　火箭
基础巩固
1.如图所示,将吹足气的气球由静止释放,球内气体向后喷出,气球会向前运动,这是因为气球受到(　　)
A.重力 B.手的推力
C.空气的浮力 D.喷出的气体对气球的作用力
解析:将吹足了气的气球释放,气球会向喷气方向的反方向运动是因为气体喷出时,由于反冲作用,喷出的气体对气球有作用力。
答案:D
2.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(　　)
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
答案:B
3.下列图片所描述的事例或应用中,没有利用反冲原理的是(　　)
答案:D
4.人和气球离地高为h,恰好悬浮在空中,气球质量为m气,人的质量为m人。人要从气球下拴着的软绳上安全到达地面,软绳的长度至少为(　　)
A.m气hm人+m气
B.m人hm人+m气
C.(m人+m气)hm人
D.(m人+m气)hm气
解析:开始时,人和气球在空中悬浮,说明合力等于零。在人沿软绳下滑的过程中,两者所受外力不变,即合力仍等于零。以人和气球为系统,动量守恒而且符合“人船模型”,如图所示,根据动量守恒定律有m人h=m气H,解得H=m人hm气。所以软绳的长度至少为l=H+h=(m人+m气)hm气,选项D正确。
答案:D
5.如图所示,自行火炮连同炮弹的总质量为m0,炮管水平。火炮车在水平路面上以v1的速度向右匀速行驶中,发射一枚质量为m的炮弹后,自行火炮的速度变为v2,仍向右行驶。则炮弹相对炮筒的发射速度v0为(　　)
A.m0(v1-v2)+mv2m
B.m0(v1-v2)m
C.m0(v1-v2)+2mv2m
D.m0(v1-v2)-m(v1-v2)m
解析:自行火炮水平匀速行驶时,牵引力与阻力平衡,系统动量守恒。设向右为正方向,发射前动量之和为m0v1,发射后系统的动量之和为(m0-m)v2+m(v2+v0)
由m0v1=(m0-m)v2+m(v2+v0)
解得v0=m0v1-(m0-m)v2m?v2=m0(v1-v2)m,故B正确。
答案:B
6.一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动,若其沿运动方向的相反方向射出一物体P,不计空气阻力,则(　　)
A.火箭一定离开原来轨道运动
B.P一定离开原来轨道运动
C.火箭运动半径可能不变
D.P运动半径一定减小
答案:A
7.如图所示,质量为m0、半径为R的光滑半圆弧槽静止在光滑水平面上,有一质量为m的小滑块在与圆心O等高处无初速度滑下,在小滑块滑到圆弧槽最低点的过程中,圆弧槽产生的位移大小为　　　　　　。?
解析:m0和m组成的系统在水平方向上动量守恒,依据人船模型即可求解。
设圆弧槽后退位移大小为x,则根据水平方向上动量守恒得m0x=m(R-x),解得x=mm0+mR。
答案:mm0+mR
8.某小组在探究反冲运动时,将质量为m1的一个小液化气瓶固定在质量为m2的小玩具船上,利用液化气瓶向外喷射气体作为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化气瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在某段时间内向后喷射的气体的质量为Δm,忽略水的阻力,求喷射出质量为Δm的气体后小船的速度是多少?
解析:由动量守恒定律得
0=(m1+m2-Δm)v船-Δmv1
解得v船=Δmv1m1+m2-Δm。
答案:Δmv1m1+m2-Δm
能力提升
1.关于反冲运动,下列说法正确的是(　　)
A.反冲运动的两个物体系统动量守恒,机械能也守恒
B.反冲现象是有害的,应该想办法防止
C.直升机的升空应用了反冲的原理
D.影响火箭速度大小的因素是喷气速度和质量比
答案:D
2.小车上装有一桶水,静止在光滑水平地面上,如图所示,桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门,分别为S1、S2、S3、S4(图中未全画出)。要使小车向前运动,可采用的方法是(　　)
A.打开阀门S1 B.打开阀门S2
C.打开阀门S3 D.打开阀门S4
解析:根据水和车组成的系统动量守恒,原来系统动量为零,由0=m水v水+m车v车知,车的运动方向与水的运动方向相反,故水应向后喷出,选项B正确。
答案:B
3.如图所示,一艘小船静止在平静的水平面上,船前舱有一抽水机,抽水机把前舱的水均匀抽往后舱,不计水的阻力,在船的前舱与后舱分开、不分开的两种情况下,船的前舱运动情况分别是(　　)
A.不动;向前运动
B.向前运动;不动
C.不动;向后运动
D.向后运动;不动
答案:B
4.一气球由地面匀速上升,当气球下的吊梯上站着的人沿着吊梯向上爬时,下列说法错误的是(　　)
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:系统满足动量守恒
(m气+m人)v0=m气v1+m人v2
分析可知选项A、B、C正确,D错误。
答案:D
5.一弹丸在飞行到距离地面5 m高时仅有水平速度v=2 m/s,方向水平向右,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为3∶1。不计质量损失,重力加速度g取10 m/s2,则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是 (　　)
解析:弹丸爆炸瞬间爆炸力远大于外力,故爆炸瞬间动量守恒。因两弹片均水平飞出,飞行时间t=2hg=1 s,取向右为正方向,由水平速度v=xt知,选项A中,v甲=2.5 m/s,v乙=-0.5 m/s;选项B中,v甲=2.5 m/s,v乙=0.5 m/s;选项C中,v甲=1 m/s,v乙=2 m/s;选项D中,v甲=-1 m/s,v乙=2 m/s。因爆炸瞬间动量守恒,故mv=m甲v甲+m乙v乙,其中m甲=34m,m乙=14m,v=2 m/s,代入数值计算知选项B正确。
答案:B
6.质量为m0的小车,如图所示,上面站着一个质量为m的人,以v0的速度在光滑的水平面上前进。现在人用相对于小车为u的速度水平向后跳出后,车速增加了多少?
解析:以人和车作为一个系统,因为水平方向不受外力,所以水平方向动量守恒。设人跳出后,车对地的速度增加了Δv,以v0方向为正方向,以地为参考系。由动量守恒定律得(m0+m)v0=m0(v0+Δv)-m[u-(v0+Δv)]
解得Δv=mm0+mu。
答案:mm0+mu
7.★反冲小车静止放在水平光滑玻璃上,小车上固定有加热装置,点燃酒精灯,一段时间后,水蒸气将橡皮塞水平喷出,小车沿相反方向运动。小车的总质量m车=3 kg(包括橡皮塞),水平喷出的橡皮塞的质量m塞=0.1 kg。
(1)若橡皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9 m/s,求小车的反冲速度;
(2)若橡皮塞喷出时速度大小不变,方向与水平方向成60°角,则小车的反冲速度又如何(小车一直在水平方向运动)?
解析:(1)小车和橡皮塞组成的系统所受外力之和为零,初态时系统总动量为零,以橡皮塞运动的方向为正方向。
根据动量守恒定律,m塞v+(m车-m塞)v'=0
则v'=?m塞m车-m塞v=?0.13-0.1×2.9 m/s=-0.1 m/s
负号表示小车运动的方向与橡皮塞运动的方向相反,反冲速度大小是0.1 m/s。
(2)小车和橡皮塞组成的系统在水平方向不受外力作用,水平方向动量守恒。以橡皮塞的水平分速度方向为正方向,有
m塞vcos 60°+(m车-m塞)v″=0
v″=m塞vcos60°m车-m塞=?0.1×2.9×0.53-0.1 m/s=-0.05 m/s
负号表示小车运动方向与橡皮塞的水平分速度方向相反,反冲速度大小是0.05 m/s。
答案:(1)0.1 m/s,方向与橡皮塞运动的方向相反
(2)0.05 m/s,方向与橡皮塞的水平分速度方向相反
8.课外科技小组制作一支“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 2×10-4 m3/s,喷出速度保持为对地10 m/s,启动前火箭总质量为1.4 kg,则启动2 s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1.0×103 kg/m3。
解析:“水火箭”喷出水流做反冲运动,设火箭原来总质量为m0,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
(m0-ρQt)v'=ρQtv
火箭启动后2 s末的速度为
v'=ρQtvm0-ρQt=103×2×10-4×2×101.4-103×2×10-4×2 m/s=4 m/s。
答案:4 m/s