2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册课堂达标+课后习题：1.6反冲现象　火箭

1.6反冲现象　火箭.
1．(2020·江苏省天一中学高二下学期期中)下列图片所描述的事例或应用中，没有利用反冲运动原理的是(　D　)
2．(2020·广西南宁市兴宁区高二检测)如图所示，一个质量为m1＝50 kg的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总质量为m2＝20 kg，长绳的下端刚好和水平面接触。当静止时人离地面的高度为h＝5 m。如果这个人开始沿绳向下滑，当他滑到绳下端时，他离地面高度是(可以把人看作质点)(　B　)
A．5 m　 B．3.6 m　　
C．2.6 m　 D．8 m
3．(2020·鄂东南省级示范高中改革高二下学期期中联考)“世界航天第一人”是明朝的万户，如图所示，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆，假设万户及其所携设备(火箭、椅子、风筝等)的总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出，忽略空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是(　B　)
A．火箭的推力来源于空气对它的反作用力
B．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为
C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为
D．在火箭喷气过程中，万户及其所携设备的机械能守恒
一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)
1．(2020·江西省赣州市崇义中学高二下学期开学检测)有关实际生活中的现象，下列说法错误的是(　D　)
A．火箭靠喷出气流反冲作用而获得巨大的速度
B．体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C．用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减小反冲的影响
D．为了减轻撞车时对司乘人员伤害程度，汽车前部的发动机舱越坚固越好
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(　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
3．(2020·浙江省湖州中学高三下学期模拟)2017年6月15日上午11点，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射首颗X射线调制望远镜卫星“慧眼”。假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，总质量为M＝2 100 kg，当它以对地速度为v0＝840 m/s喷出质量为Δm＝100 kg的高温气体后，火箭对地速度为(喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计) (　B　)
A．42 m/s B．－42 m/s
C．40 m/s D．－40 m/s
4．竖直发射的火箭质量为6×103 kg。已知每秒钟喷出气体的质量为200 kg。若要使火箭最初能得到20 m/s2的向上的加速度，则喷出气体的速度应为(　C　)
A．700 m/s B．800 m/s
C．900 m/s D．1 000 m/s
5．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
6．(2020·吉林延边二中高二下学期期末)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　)
A．火箭一定离开原来轨道 B．P一定离开原来轨道
C．火箭运动半径可能不变 D．P运动半径一定减小
二、非选择题(共24分)
7．(11分)某学习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，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δm的气体后，小船的速度是多少？
8．(13分)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＝1 kg，车上另有一个质量为m＝0.2 kg的小球。甲车静止在平面上，乙车以v0＝8 m/s的速度向甲车运动，乙车上有接收装置，总质量M2＝2 kg，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)
一、选择题(本题共2小题，每题7分，共14分)
1．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　)
A． B．
C． D．
2．(多选)(2020·广东省佛山一中、顺德一中、石门中学高二下学期期末)如图所示，质量为m，半径为r的小球，放在内半径为R，质量为M＝5m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上，当小球由图中位置无初速释放沿内壁滚到最低点时，下列说法中正确的是(　BC　)
A．M与m系统动量守恒 B．M与m系统动量不守恒
C．M的对地位移大小为 D．m的对地位移大小为
二、非选择题(共26分)
3．(12分)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？
4．(14分)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＝4 m，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＝1.25 m。求车在人跳出后到落到地板前的反冲速度为多大。
1.6反冲现象　火箭.
1．(2020·江苏省天一中学高二下学期期中)下列图片所描述的事例或应用中，没有利用反冲运动原理的是(　D　)
解析：喷灌装置是利用水流喷出时的反冲作用而运动的，章鱼在水中前行和转向利用了喷出的水的反冲作用，火箭发射是利用喷气的方式而获得动力的，利用了反冲运动，故A、B、C不符合题意；码头边轮胎的作用是延长碰撞时间，从而减小作用力，没有利用反冲作用，故D符合题意。
2．(2020·广西南宁市兴宁区高二检测)如图所示，一个质量为m1＝50 kg的人抓在一只大气球下方，气球下面有一根长绳。气球和长绳的总质量为m2＝20 kg，长绳的下端刚好和水平面接触。当静止时人离地面的高度为h＝5 m。如果这个人开始沿绳向下滑，当他滑到绳下端时，他离地面高度是(可以把人看作质点)(　B　)
A．5 m　 B．3.6 m　　
C．2.6 m　 D．8 m
解析：当人滑到绳下端时，如图所示，由动量守恒，得m1＝m2，且h1＋h2＝h。解得h1＝1.4 m；所以他离地高度H＝h－h1＝3.6 m，故选项B正确。
3．(2020·鄂东南省级示范高中改革高二下学期期中联考)“世界航天第一人”是明朝的万户，如图所示，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆，假设万户及其所携设备(火箭、椅子、风筝等)的总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出，忽略空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是(　B　)
A．火箭的推力来源于空气对它的反作用力
B．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为
C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为
D．在火箭喷气过程中，万户及其所携设备的机械能守恒
解析：火箭的推力来源于燃气对它的反作用力，选项A错误；以竖直向下为正方向，根据动量守恒定律有0＝mv0－(M－m)v，解得在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为v＝，选项B正确；喷出燃气后，万户及其所携设备做竖直上抛运动，动能转化为重力势能，有(M－m)v2＝(M－m)gh，解得万户及其所携设备能上升的最大高度为h＝，选项C错误；在火箭喷气过程中，万户及其所携设备的机械能增加，燃料燃烧，将一部分化学能转化为万户及其所携设备的机械能，选项D错误。
一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)
1．(2020·江西省赣州市崇义中学高二下学期开学检测)有关实际生活中的现象，下列说法错误的是(　D　)
A．火箭靠喷出气流反冲作用而获得巨大的速度
B．体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力
C．用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减小反冲的影响
D．为了减轻撞车时对司乘人员伤害程度，汽车前部的发动机舱越坚固越好
解析：根据反冲运动的特点与应用可知，火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的速度，故A正确；体操运动员在落地的过程中，动量变化一定，即运动员受到的冲量I一定，由I＝FΔt可知，体操运动员在着地时屈腿是为了延长时间t，可以减小运动员所受到的平均冲力F，故B正确；用枪射击时，子弹给枪身一个反作用力，会使枪身后退，影响射击的准确度，所以为了减小反冲的影响，用枪射击时要用肩部抵住枪身，故C正确；为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度，就要延长碰撞的时间，由I＝FΔt可知位于汽车前部的发动机舱不能太坚固，故D错误。
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(　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．(2020·浙江省湖州中学高三下学期模拟)2017年6月15日上午11点，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射首颗X射线调制望远镜卫星“慧眼”。假设将发射火箭看成如下模型：静止的实验火箭，总质量为M＝2 100 kg，当它以对地速度为v0＝840 m/s喷出质量为Δm＝100 kg的高温气体后，火箭对地速度为(喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计) (　B　)
A．42 m/s B．－42 m/s
C．40 m/s D．－40 m/s
解析：喷出气体过程中重力和空气阻力可忽略不计，可知在火箭发射的过程中二者组成的系统竖直方向的动量守恒，以喷出气体的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：Δmv0＋(M－Δm)v＝0，解得：v＝－42 m/s，故B正确，ACD错误。
4．竖直发射的火箭质量为6×103 kg。已知每秒钟喷出气体的质量为200 kg。若要使火箭最初能得到20 m/s2的向上的加速度，则喷出气体的速度应为(　C　)
A．700 m/s B．800 m/s
C．900 m/s D．1 000 m/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＝900 m/s。
5．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。
6．(2020·吉林延边二中高二下学期期末)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　)
A．火箭一定离开原来轨道 B．P一定离开原来轨道
C．火箭运动半径可能不变 D．P运动半径一定减小
解析：火箭射出物体P后，由反冲原理可知火箭速度变大，则所需向心力变大，从而做离心运动离开原来轨道，故半径增大，A对，C错；P的速率较原火箭速率可能减小，可能不变，可能增大，故其运动也存在多种可能性，所以BD错。
二、非选择题(共24分)
7．(11分)某学习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，已知打开瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，如果在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽略水的阻力，则喷射出质量为Δm的气体后，小船的速度是多少？
答案：
解析：由动量守恒定律得：(m1＋m2－Δm)v船－Δmv1＝0
得：v船＝。
8．(13分)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＝1 kg，车上另有一个质量为m＝0.2 kg的小球。甲车静止在平面上，乙车以v0＝8 m/s的速度向甲车运动，乙车上有接收装置，总质量M2＝2 kg，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：25 m/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＝5 m/s，以球与乙车为系统，动量守恒：M2v0－mv＝(m＋M2)v共，解得v＝25 m/s。
一、选择题(本题共2小题，每题7分，共14分)
1．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　)
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．(多选)(2020·广东省佛山一中、顺德一中、石门中学高二下学期期末)如图所示，质量为m，半径为r的小球，放在内半径为R，质量为M＝5m的大空心球内，大球开始静止在光滑水平面上，当小球由图中位置无初速释放沿内壁滚到最低点时，下列说法中正确的是(　BC　)
A．M与m系统动量守恒 B．M与m系统动量不守恒
C．M的对地位移大小为 D．m的对地位移大小为
解析：因为M与m系统在竖直方向合外力不为0，所以M与m系统动量不守恒，故B正确，A错误；因为M与m系统在水平方向合外力为0，所以M与m系统水平方向动量守恒，设大球M的水平位移大小为x，小球m滑到最低点所用的时间为t，发生的水平位移大小为R－r－x，取水平向左方向为正方向。由人船模型可知：m＝M，解得M的对地位移大小为x＝；m的对地位移大小为，故C正确，D错误。
二、非选择题(共26分)
3．(12分)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。
(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－×3mv＝mv。
4．(14分)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＝4 m，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＝1.25 m。求车在人跳出后到落到地板前的反冲速度为多大。
答案：1.6 m/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＝0.5 s。
在这段时间内人的水平位移x1和车的位移x2分别为x1＝v1t，x2＝v2t，x1＋x2＝l
即v1t＋v2t＝l，则v2＝＝ m/s＝1.6 m/s。