高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册6 反冲现象 火箭免费随堂练习题

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基础过关练
题组一 反冲现象的理解和应用
1.下列关于反冲现象的说法中,正确的是( )
A.抛出物体的质量要小于剩下物体的质量才能发生反冲
B.若抛出物体A的质量大于剩下物体B的质量,则B受的反冲力大于A所受的反冲力
C.反冲现象中,牛顿第三定律适用,但牛顿第二定律不适用
D.对抛出部分和剩余部分,牛顿第二定律都适用
2.(2019湖北孝感高二下期中)(多选)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。这个科幻情节里有反冲的原理。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.反击式水轮机的运动
3.(多选)采取下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度( )
A.使喷出的气体速度更大
B.减轻飞机自身质量
C.使喷出的气体质量更大
D.使喷出的气体密度更小
4.一航天探测器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动。探测器通过喷气而获得推动力,以下关于喷气方向的描述中正确的是( )
A.探测器加速运动时,沿直线向后喷气
B.探测器加速运动时,竖直向下喷气
C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气
D.探测器匀速运动时,不需要喷气
5.我国发射的“神舟十号”飞船与“天宫一号”空间站实现了完美对接。假设“神舟十号”飞船到达对接点附近时,对地的速度为v,此时的质量为m,欲使飞船追上“天宫一号”实现对接,飞船需加速到v1,飞船发动机点火,将质量为Δm的燃气一次性向后喷出,燃气对地向后的速度大小为v2。这个过程中,下列各表达式正确的是 ( )
A.mv=mv1-Δmv2
B.mv=mv1+Δmv2
C.mv=(m-Δm)v1-Δmv2
D.mv=(m-Δm)v1+Δmv2
题组二 爆炸问题
6.(多选)设斜向上抛出的物体在通过轨迹的最高点时,突然炸裂成质量相等的两块,已知其中一块沿原水平方向做平抛运动,则另一块的运动可能是( )
A.反方向的平抛运动
B.斜上抛运动
C.自由落体运动
D.原方向的平抛运动
7.(2019湖南长沙九中高二下月考)一炮弹质量为m,以一定的倾角斜向上发射,到达最高点时速度大小为v,方向水平。炮弹在最高点爆炸成两块,其中一块恰好做自由落体运动,质量为m4,则爆炸后另一块的瞬时速度大小为( )
A.vB.34vC.43vD.0
8.(2019四川绵阳高二下期末)一质量为m的炮弹在空中飞行,运动至最高点时炸裂成质量相等的a、b两块,爆炸前瞬间炮弹速度大小为v,方向水平向右,爆炸后a的速度大小为2v,方向水平向左。爆炸过程中转化为动能的化学能是(假设化学能完全转化为动能)( )
A.12mv2B.mv2C.92mv2D.5mv2
题组三 人船模型
9.(多选)一只小船静止在水面上,一个人从小船的一端走到另一端,不计水的阻力,以下说法中正确的是( )
A.人和小船组成的系统动量守恒
B.人运动的速度增大时,船运动的速度减小
C.当人停止走动时,因为小船惯性大,所以小船要继续向后退
D.当人停止走动时,小船也停止后退
10.(2020江西九江一中高二上期中)如图所示,质量m=60 kg的人,站在质量M=300 kg的车的一端,车长L=3 m,相对于地面静止。当车与地面间的摩擦可以忽略不计时,人由车的一端走到另一端的过程中,车将 ( )
A.后退0.5 mB.后退0.6 m
C.后退0.75 mD.一直匀速后退
能力提升练
一、选择题
1.(2020广东深圳二中高二下月考,)某人在一辆静止的小车上练习打靶,已知车、人、枪(不包括子弹)及靶的总质量为M,枪内装有n颗子弹,每颗子弹的质量均为m,枪口到靶的距离为L,子弹水平射出枪口时相对于地面的速度为v,在发射后一颗子弹时,前一颗子弹已嵌入靶中。发射完n颗子弹时,小车后退的距离为 ( )
A.mm+MLB.nmm+ML
C.nmnm+MLD.mnm+ML
2.(2019河北廊坊高二下期中,)(多选)如图所示,水平面上O点的正上方有一个静止物体P,炸成两块a、b水平飞出,分别落在A点和B点,且OA>OB。若爆炸时间极短,空气阻力不计,则( )
A.a的质量小于b的质量
B.落地时a的速度小于b的速度
C.爆炸过程中a增加的动能大于b增加的动能
D.爆炸过程中a增加的动能小于b增加的动能
3.(2019河北衡水中学滁州分校期中,)质量为m的人站在质量为2m的平板小车上,以共同的速度在水平地面上沿直线前行。车所受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比。当车速为v0时,人从车上以相对于地面大小为v0的速度水平向后跳下。跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计,则车运动的v-t图像正确的是 ( )
4.(2020湖南衡阳八中高三上第四次月考,)“世界上第一个想利用火箭飞行的人”是明朝的士大夫万户。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。假设万户及所携设备[火箭(含燃料)、椅子、风筝等]总质量为M,点燃火箭后在极短的时间内,质量为m的炽热燃气以相对地面v0的速度竖直向下喷出。忽略此过程中空气阻力的影响,重力加速度为g,下列说法中正确的是( )
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mv0M-m
C.喷出燃气后万户及所携设备能上升的最大高度为m2v02g(M-m)2
D.在火箭喷气过程中,万户及所携设备机械能守恒
二、非选择题
5.(2019广东中山高一下期末,)如图所示,在平静的湖面上有一小船以速度v0=1 m/s匀速行驶,人和船的总质量为M=200 kg,船上另载有20个完全相同的小球,每个小球的质量为m=5 kg。人站立在船头,沿着船的前进方向、每隔一段相同的时间水平抛出一个小球,不计水的阻力和空气的阻力。
(1)如果每次都是以相对于湖岸的速度v=6 m/s抛出小球,试计算抛出第一个小球后小船的速度大小v1和抛出第几个球后船的速度反向?
(2)如果每次都是以相对于小船的速度v=6 m/s抛出小球,试问抛出第16个小球可以使船的速度改变多少?
答案全解全析
基础过关练
1.D 反冲现象中并没有确定两部分物体之间的质量关系,选项A错误。在反冲现象中,两部分物体之间的作用力是一对作用力与反作用力,由牛顿第三定律可知,它们大小相等、方向相反,选项B错误。在反冲现象中,一部分物体受到的另一部分物体的作用力产生了该部分的加速度,使该部分的速度增大,在此过程中,对每一部分牛顿第二定律都适用,选项C错误,选项D正确。
2.CD 汽车是利用摩擦力而前进的,不属于反冲运动;直升机是利用空气的反作用力上升的,不属于反冲运动;火箭运动时利用喷气的方式获得动力,利用了反冲原理;反击式水轮机是利用水的反冲作用获得动力的,利用了反冲原理。选C、D。
3.ABC 把喷气式飞机和喷出的气体看成系统,设原来的总质量为M,喷出的气体质量为m,速率为v,剩余部分的质量为M-m,速率为v',规定飞机的速度方向为正方向,由系统动量守恒得(M-m)v'-mv=0,解得v'=mvM-m,由上式可知,m越大,v越大,M越小,则v'越大,故选A、B、C。
4.C 探测器加速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿运动方向,选项A、B错误;探测器匀速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零,根据反冲的特点可知选项C正确,选项D错误。
5.C 飞船发动机点火喷出燃气,由动量守恒定律得mv=(m-Δm)v1-Δmv2,选项C正确。
6.ACD 因为物体在最高点时炸裂成两块,所以在炸裂的过程中水平方向上动量守恒,总动量沿水平方向,由于只知道其中一块沿原水平方向做平抛运动,所以另一块在竖直方向的速度为零,水平方向上的速度不确定,可能向前,可能向后,也可能为零,故选项A、C、D符合题意。
7.C 爆炸过程系统动量守恒,爆炸前总动量为mv,设爆炸后另一块的瞬时速度大小为v',取炮弹爆炸前在最高点的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有mv=34m·v',解得v'=43v,选C。
8.C 爆炸瞬间内力远大于外力,系统动量守恒,设水平向右为正方向,有mv=-m2·2v+m2v',解得b块的速度为v'=4v;根据能量守恒定律有ΔE=12·m2·(2v)2+12·m2·(4v)2-12mv2,解得ΔE=92mv2,故选C。
9.AD 人在船上行走时,由于不计水的阻力,人和小船组成的系统所受外力之和为零,故系统动量守恒,A正确;根据动量守恒定律得m人v人+M船v船=0,得v人v船=-M船m人,为一定值,可知,人的速度与船的速度大小成正比、方向相反,则当人运动的速度增大时,船运动的速度也增大,当人停止走动时,船也停止后退,故B、C错误,D正确。
10.A 人和车组成的系统动量守恒,则mv1=Mv2,故有mx1=Mx2;又有x1+x2=L,解得x2=0.5 m,故选A。
能力提升练
1.C 以车、人连同枪(不包括子弹)、靶以及枪内n颗子弹组成的系统为研究对象,取子弹的速度方向为正方向。当射出一颗子弹时,由系统的动量守恒得mv-[M+(n-1)m]v'=0;设每颗子弹经过时间t打到靶上,则有vt+v't=L,联立以上两式得v't=mM+nmL,同理,射完n颗子弹的过程中,每一次发射子弹小车后退的距离都相同,所以小车后退的总距离为s=nv't=nmLM+nm,选C。
2.AC 爆炸后a、b都做平抛运动,下落的高度相同,下落时间相等,由x=v0t,OA>OB,知爆炸后瞬间a的速度大于b的速度;落地时速度v=v02+vy2=v02+2gh,故落地时a的速度大于b的速度,B错误。爆炸过程中内力远大于外力,系统的动量守恒,取水平向左为正方向,根据动量守恒定律,有mava-mbvb=0,由于va>vb,故ma3.B 因人跳离车的瞬间地面阻力的冲量忽略不计,故在人跳离车的瞬间人和车组成的系统在水平方向动量守恒,取车前进的方向为正方向,由动量守恒定律可得3mv0=-mv0+2mv',得v'=2v0,所以在人跳离车之前,车和人一起做匀减速运动,当速度减至v0时,人跳离车瞬间车的速度变为2v0,之后车以该速度为初速度做匀减速运动,故选B。
4.B 火箭的推力来源于燃料燃烧时产生的向后喷出的高温高压气体对火箭的作用力,A错误;在燃气喷出后的瞬间,视万户及所携设备[火箭(含燃料)、椅子、风筝等]为系统,动量守恒,设火箭的速度大小为v,规定火箭运动方向为正方向,则有(M-m)v-mv0=0,解得火箭的速度大小为v=mv0M-m,B正确;喷出燃气后万户及所携设备做竖直上抛运动,根据运动学公式可得上升的最大高度为h=v22g=m2v022(M-m)2g,C错误;在火箭喷气过程中,燃料燃烧时有化学能转化为内能和机械能,所以万户及所携设备机械能不守恒,D错误。
5.答案 (1)270295 m/s 11 (2)215 m/s
解析 (1)人抛出第一个球前后,对船、人、20个球整体分析,由动量守恒定律可得(M+20m)v0=(M+19m)v1+mv①
代入数据得v1=270295 m/s,即抛出第一个小球后,船的速度为v1=270295 m/s
设抛出第n个球时,有
[300-(n-1)m]vn-1=(300-nm)vn+mv②
联立①②两式可推得300v0=(300-nm)vn+nmv
代入数据得vn=300-30n300-5n
当vn<0,即船反向时,有300-30n<0300-5n>0
解得10(2)设第16次抛出小球前,小船的对地速度为v15,抛出后小船的对地速度为v16,
因小球是以相对于小船的速度v=6 m/s抛出,故抛出后小球对地的速度为v16+v,
由动量守恒定律可得
(M+20m-15m)v15=(M+20m-16m)v16+m(v16+v)
代入数据可得船的速度减小Δv=v15-v16=30225 m/s=215 m/s