高中物理人教版选修3-5 作业题16.5 反冲运动 火箭 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 作业题16.5 反冲运动 火箭 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 92.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-12 10:47:52 | ||
图片预览
文档简介
5 反冲运动 火箭
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度为v0喷出质量为Δm的高温气体后，火箭的速度为( B )
A. B．－
C. D．－
解析：由动量守恒定律得Δmv0＋(M－Δm)v＝0，火箭的速度为v＝－，选项B正确．
2．一辆拉水车上有两个贮水箱，刚开始前面的水箱有水，后面的水箱无水，若把水从前面的水箱抽到后面的水箱中，假设水车停在光滑水平面上，则抽完水后，水车与原来的位置相比较( A )
A．水车向前进了一段距离
B．水车向后退了一段距离
C．水车仍在原来位置
D．无法确定水车的位置
解析：水和水车(包括水箱)在水从前面水箱抽到后面水箱的过程中所组成的系统动量守恒，由于水向后发生一段位移，所以车向前发生一段位移，A正确．
3．一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后发射一发炮弹，设两炮弹质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是( A )
A．动量不变，速度增大 B．动量变小，速度不变
C．动量增大，速度增大 D．动量增大，速度减小
解析：整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变，又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大．
4．一个静止的质量为M的原子核，放射出一个质量为m的粒子，粒子离开原子核时相对于核的速度为v0，原子核剩余部分的速率等于( C )
A．v0 B.v0
C.v0 D.v0
解析：取整个原子核为研究对象．由于放射过程极为短暂，放射过程中其他外力的冲量均可不计，系统的动量守恒．放射前的瞬间，系统的动量p1＝0，放射出粒子的这一瞬间，设剩余部分对地的反冲速度为v′，并规定粒子运动的方向为正方向，则粒子的对地速度v＝v0－v′，系统的动量p2＝mv－(M－m)v′＝m(v0－v′)－(M－m)v′，由p1＝p2，即0＝m(v0－v′)－(M－m)v′＝mv0－Mv′得v′＝v0.
5.质量m＝100 kg的小船静止在平静水面上，船两端站着m甲＝40 kg，m乙＝60 kg的游泳者，在同一水平线上甲向左、乙向右同时以相对于岸3 m/s的速度跃入水中，如图所示，则小船的运动速率和方向为( A )
A．0.6 m/s，向左 B．3 m/s，向左
C．0.6 m/s，向右 D．3 m/s，向右
6．质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧(不拴接)，静置于光滑水平桌面上，当用板挡住小球A而只释放B球时，B球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上，如图所示．若再次以相同力压缩该弹簧，取走A左边的挡板，将A、B同时释放，则B球的落地点距桌边水平距离为( D )
A. B.s C．s D.s
解析：挡板挡住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有Ep＝mv，挡板撤走后，弹性势能两球平分，则有Ep＝2×mvB′2，由以上两式解得vB′＝vB，又因为B球落地时间不变，故D对．
7．从某时刻开始人从船头走向船尾．设水的阻力不计，那么在这段时间内关于人和船的运动情况，下列判断正确的是( ABC )
A．人匀速行走，船匀速后退，两者速度的大小与它们的质量成反比
B．人加速行走，船加速后退，而且加速度的大小与它们的质量成反比
C．人走走停停，船退退停停，两者的动量总和总是为零
D．当人从船头走到船尾停止运动后，船由于惯性还会继续后退一段距离
解析：由动量守恒定律和牛顿第三定律知A、B、C正确．
8．一只青蛙，蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是( AD )
A．木板上表面光滑而下表面粗糙
B．木板上表面粗糙而底面光滑
C．木板上、下表面都粗糙
D．木板上、下表面都光滑
解析：只要上表面光滑，则青蛙一定不能跳过长木板，故A、D选项正确．
9．如图所示，小车在光滑水平面上向左匀速运动，轻质弹簧左端固定在A点，物体用细线拉在A点将弹簧压缩，某时刻线断了，物体沿车滑动到B端粘在B端的油泥上，取小车、物体和弹簧为一个系统，下列说法正确的是( BCD )
A．若物体滑动中不受摩擦力，则全过程机械能守恒
B．若物体滑动中有摩擦力，则全过程动量守恒
C．不论物体滑动中有没有摩擦，小车的最终速度与断线前相同
D．不论物体滑动中有没有摩擦，系统损失的机械能相同
解析：系统水平方向不受外力(即使有摩擦，物体与小车间的摩擦力为内力)，故全过程系统动量守恒，小车的最终速度与线断前相同，选项B、C正确；由于物体粘在B端的油泥上，即物体与小车发生完全非弹性碰撞，有机械能损失，故全过程机械能不守恒，选项A错误；无论有无摩擦，系统初、末动能相同，损失的机械能即为断线前的弹性势能，故D对．
二、非选择题
10．如图所示，一个质量为m的玩具蛙，蹲在质量为M的小车的细杆上，小车放在光滑的水平桌面上，若车长为L，细杆高为h，且位于小车的中点，试求：当玩具蛙最小以多大的水平速度v跳出，才能落到桌面上．
答案：
解析：蛙跳出后做平抛运动，运动时间为t＝，蛙与车水平方向动量守恒，可知mx＝M(－x)，蛙要能落到桌面上，其最小水平速度为v＝，上面三式联立求得v＝.
11．在太空中有一枚质量为M、相对太空站处于静止状态的火箭，突然喷出质量为m的气体，喷出速度为v0(相对太空站)，紧接着再喷出质量为m的另一股气体，此后火箭获得速度v(相对太空站)．求火箭第二次喷射的气体(相对太空站)的速度的大小．
答案：(－2)v＋v0
解析：本题所出现的速度都是以太空站为参考系的．根据动量守恒定律，规定v0方向为正方向，有：
第一次喷射出气体后，0＝mv0＋(M－m)v1，v1＝－，负号表示v1方向跟v0方向相反．
第二次喷射后，(M－m)v1＝mv2＋(M－2m)v，
即mv2＝－[(M－2m)v＋mv0]．
解得v2＝－[(－2)v＋v0]，负号表示v2方向与v方向相反．
故火箭第二次喷射的气体(相对太空站)的速度大小为(－2)v＋v0.
12．如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h＝0.3 m(h小于斜面体的高度)．已知小孩与滑板的总质量为m1＝30 kg，冰块的质量为m2＝10 kg，小孩与滑板始终无相对运动．重力加速度的大小g取10 m/s2.
(1)求斜面体的质量；
(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？
答案：(1)20 kg (2)见解析
解析：(1)规定向右为速度正方向．冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得
m2v20＝(m2＋m3)v，m2v＝(m2＋m3)v2＋m2gh，
式中v20＝－3 m/s为冰块推出时的速度．
解得m3＝20 kg.
(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有
m1v1＋m2v20＝0，代入数据得v1＝1 m/s，
设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20＝m2v2＋m3v3，
m2v＝m2v＋m3v，解得v2＝1 m/s，
由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩．
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度为v0喷出质量为Δm的高温气体后，火箭的速度为( B )
A. B．－
C. D．－
解析：由动量守恒定律得Δmv0＋(M－Δm)v＝0，火箭的速度为v＝－，选项B正确．
2．一辆拉水车上有两个贮水箱，刚开始前面的水箱有水，后面的水箱无水，若把水从前面的水箱抽到后面的水箱中，假设水车停在光滑水平面上，则抽完水后，水车与原来的位置相比较( A )
A．水车向前进了一段距离
B．水车向后退了一段距离
C．水车仍在原来位置
D．无法确定水车的位置
解析：水和水车(包括水箱)在水从前面水箱抽到后面水箱的过程中所组成的系统动量守恒，由于水向后发生一段位移，所以车向前发生一段位移，A正确．
3．一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后发射一发炮弹，设两炮弹质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是( A )
A．动量不变，速度增大 B．动量变小，速度不变
C．动量增大，速度增大 D．动量增大，速度减小
解析：整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变，又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大．
4．一个静止的质量为M的原子核，放射出一个质量为m的粒子，粒子离开原子核时相对于核的速度为v0，原子核剩余部分的速率等于( C )
A．v0 B.v0
C.v0 D.v0
解析：取整个原子核为研究对象．由于放射过程极为短暂，放射过程中其他外力的冲量均可不计，系统的动量守恒．放射前的瞬间，系统的动量p1＝0，放射出粒子的这一瞬间，设剩余部分对地的反冲速度为v′，并规定粒子运动的方向为正方向，则粒子的对地速度v＝v0－v′，系统的动量p2＝mv－(M－m)v′＝m(v0－v′)－(M－m)v′，由p1＝p2，即0＝m(v0－v′)－(M－m)v′＝mv0－Mv′得v′＝v0.
5.质量m＝100 kg的小船静止在平静水面上，船两端站着m甲＝40 kg，m乙＝60 kg的游泳者，在同一水平线上甲向左、乙向右同时以相对于岸3 m/s的速度跃入水中，如图所示，则小船的运动速率和方向为( A )
A．0.6 m/s，向左 B．3 m/s，向左
C．0.6 m/s，向右 D．3 m/s，向右
6．质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧(不拴接)，静置于光滑水平桌面上，当用板挡住小球A而只释放B球时，B球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上，如图所示．若再次以相同力压缩该弹簧，取走A左边的挡板，将A、B同时释放，则B球的落地点距桌边水平距离为( D )
A. B.s C．s D.s
解析：挡板挡住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有Ep＝mv，挡板撤走后，弹性势能两球平分，则有Ep＝2×mvB′2，由以上两式解得vB′＝vB，又因为B球落地时间不变，故D对．
7．从某时刻开始人从船头走向船尾．设水的阻力不计，那么在这段时间内关于人和船的运动情况，下列判断正确的是( ABC )
A．人匀速行走，船匀速后退，两者速度的大小与它们的质量成反比
B．人加速行走，船加速后退，而且加速度的大小与它们的质量成反比
C．人走走停停，船退退停停，两者的动量总和总是为零
D．当人从船头走到船尾停止运动后，船由于惯性还会继续后退一段距离
解析：由动量守恒定律和牛顿第三定律知A、B、C正确．
8．一只青蛙，蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是( AD )
A．木板上表面光滑而下表面粗糙
B．木板上表面粗糙而底面光滑
C．木板上、下表面都粗糙
D．木板上、下表面都光滑
解析：只要上表面光滑，则青蛙一定不能跳过长木板，故A、D选项正确．
9．如图所示，小车在光滑水平面上向左匀速运动，轻质弹簧左端固定在A点，物体用细线拉在A点将弹簧压缩，某时刻线断了，物体沿车滑动到B端粘在B端的油泥上，取小车、物体和弹簧为一个系统，下列说法正确的是( BCD )
A．若物体滑动中不受摩擦力，则全过程机械能守恒
B．若物体滑动中有摩擦力，则全过程动量守恒
C．不论物体滑动中有没有摩擦，小车的最终速度与断线前相同
D．不论物体滑动中有没有摩擦，系统损失的机械能相同
解析：系统水平方向不受外力(即使有摩擦，物体与小车间的摩擦力为内力)，故全过程系统动量守恒，小车的最终速度与线断前相同，选项B、C正确；由于物体粘在B端的油泥上，即物体与小车发生完全非弹性碰撞，有机械能损失，故全过程机械能不守恒，选项A错误；无论有无摩擦，系统初、末动能相同，损失的机械能即为断线前的弹性势能，故D对．
二、非选择题
10．如图所示，一个质量为m的玩具蛙，蹲在质量为M的小车的细杆上，小车放在光滑的水平桌面上，若车长为L，细杆高为h，且位于小车的中点，试求：当玩具蛙最小以多大的水平速度v跳出，才能落到桌面上．
答案：
解析：蛙跳出后做平抛运动，运动时间为t＝，蛙与车水平方向动量守恒，可知mx＝M(－x)，蛙要能落到桌面上，其最小水平速度为v＝，上面三式联立求得v＝.
11．在太空中有一枚质量为M、相对太空站处于静止状态的火箭，突然喷出质量为m的气体，喷出速度为v0(相对太空站)，紧接着再喷出质量为m的另一股气体，此后火箭获得速度v(相对太空站)．求火箭第二次喷射的气体(相对太空站)的速度的大小．
答案：(－2)v＋v0
解析：本题所出现的速度都是以太空站为参考系的．根据动量守恒定律，规定v0方向为正方向，有：
第一次喷射出气体后，0＝mv0＋(M－m)v1，v1＝－，负号表示v1方向跟v0方向相反．
第二次喷射后，(M－m)v1＝mv2＋(M－2m)v，
即mv2＝－[(M－2m)v＋mv0]．
解得v2＝－[(－2)v＋v0]，负号表示v2方向与v方向相反．
故火箭第二次喷射的气体(相对太空站)的速度大小为(－2)v＋v0.
12．如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h＝0.3 m(h小于斜面体的高度)．已知小孩与滑板的总质量为m1＝30 kg，冰块的质量为m2＝10 kg，小孩与滑板始终无相对运动．重力加速度的大小g取10 m/s2.
(1)求斜面体的质量；
(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？
答案：(1)20 kg (2)见解析
解析：(1)规定向右为速度正方向．冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得
m2v20＝(m2＋m3)v，m2v＝(m2＋m3)v2＋m2gh，
式中v20＝－3 m/s为冰块推出时的速度．
解得m3＝20 kg.
(2)设小孩推出冰块后的速度为v1，由动量守恒定律有
m1v1＋m2v20＝0，代入数据得v1＝1 m/s，
设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，由动量守恒和机械能守恒定律有m2v20＝m2v2＋m3v3，
m2v＝m2v＋m3v，解得v2＝1 m/s，
由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方，故冰块不能追上小孩．