2024-2025学年高中物理第十六章动量守恒定律5反冲运动火箭课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE5反冲运动火箭时间：45分钟一、选择题(1～6题为单选，7～8题为多选)1．质量m＝100kg的小船静止在安静水面上，船两端载着m甲＝40kg、m乙＝60kg的游泳者，在同一水平线上甲向左、乙向右同时以相对于岸3m/s的速度跃入水中，如图所示，则之后小船的速率和运动方向为(A)A．0.6m/s，向左 B．3m/s，向左C．0.6m/s，向右 D．3m/s，向右解析：以向左为正方向，依据动量守恒得0＝m甲v－m乙v＋mv′，代入数据解得v′＝0.6m/s，方向向左．2.一个同学在地面上立定跳远的最好成果是s.假设他站在车的A端，如图所示，想要跳到距离为l远的站台上，不计车与地面的摩擦阻力，则(B)A．只要l<s，他肯定能跳上站台B．只要l<s，他就有可能跳上站台C．只要l＝s，他肯定能跳上站台D．只要l＝s，他就有可能跳上站台解析：人起跳的同时，小车要做反冲运动，所以人跳的距离小于s，故l<s时，才有可能跳上站台．3.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，这个系统所受水平方向的合外力为零，所以系统水平方向动量守恒，小球m下滑前系统总动量为零，小球m下滑后m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滑到左方最高点时，小球m和滑槽M1的相对速度为零，但小球m和滑槽M1这个整体向左运动，有向左的动量，这样才能保证系统总动量为零．故选项B正确．4．将静置在地面上，质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炙热气体．忽视喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是(D)A.eq\f(m,M)v0 B.eq\f(M,m)v0C.eq\f(M,M－m)v0 D.eq\f(m,M－m)v0解析：应用动量守恒定律解决本题，留意火箭模型质量的改变．取向下为正方向，由动量守恒定律可得：0＝mv0－(M－m)v′，故v′＝eq\f(mv0,M－m)，选项D正确．5．穿着溜冰鞋的人，站在光滑的冰面上，沿水平方向举枪射击，设第一次射出子弹后，人后退的速度为v，则(设每颗子弹射出时对地面的速度相同)(C)A．无论射出多少颗子弹，人后退的速度为v保持不变B．射出n颗子弹后，人后退的速度为nvC．射出n颗子弹后，人后退的速度大于nvD．射出n颗子弹后，人后退的速度小于nv解析：设人、枪(包括子弹)总质量为M，每颗子弹质量为m，子弹射出速度大小为v0，由动量守恒定律得0＝(M－m)v－mv0，设射出n颗后，后退速度为v′，则有(M－nm)v′＝nmv0，由以上分析得v＝eq\f(mv0,M－m)，v′＝eq\f(nmv0,M－nm)，因为M－m>M－nm，所以有v′>nv，C正确．6.质量相等的A、B两球之间压缩一根轻质弹簧，静置于光滑水平桌面上，当用板拦住小球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(D)A.eq\f(s,2) B.eq\r(2)sC．s D.eq\f(\r(2),2)s解析：挡板拦住A球时，弹簧的弹性势能全部转化为B球的动能，有Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，挡板撤走后，弹性势能被两球平分，则有Ep＝2×eq\f(1,2)mvB′2，由以上两式解得vB′＝eq\f(\r(2),2)vB，由于B球抛出后做平抛运动，s＝v0t＝v0eq\r(\f(2h,g))，所以D对．7．下列说法正确的是(BCD)A．一对平衡力所做功之和肯定为零，一对作用力与反作用力所做功之和也肯定为零B．一对平衡力的冲量之和肯定为零，一对作用力与反作用力的冲量之和也肯定为零C．物体所受合力冲量的方向肯定与物体动量的改变方向相同，不肯定与物体的末动量方向相同D．火箭喷出的燃气的速度越大、火箭的质量比越大，则火箭获得的速度就越大解析：合力的功等于各个分力的功的代数和，一对平衡力的合力为零，故一对平衡力所做功之和肯定为零，一对作用力与反作用力作用在两个不同的物体上，两个力的作用点的位移不肯定相等，故一对作用力与反作用力所做功之和可以不为零，故A错误；冲量是力与时间的乘积，故一对平衡力的冲量大小相等、方向相反，故一对平衡力的冲量之和肯定为零，一对作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用时间相等，故一对作用力与反作用力的冲量之和也肯定为零，故B正确；依据动量定理，物体所受合力冲量的方向肯定与物体动量的改变方向相同，不肯定与物体的末动量方向相同，故C正确；火箭是利用反冲原理工作的，依据动量守恒定律有0＝(M－m)v－mv′，得v＝eq\f(m,M－m)v′，喷出的燃气的速度越大、火箭的质量比越大，则火箭能够获得的速度就越大，故D正确．8．向空中放射一物体，不计空气阻力，当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两部分，若质量较大的a的速度方向仍沿原来的方向，则(CD)A．b的速度方向肯定与原速度方向相反B．从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离肯定比b的大C．a、b肯定同时到达水平地面D．在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的大小肯定相等解析：爆炸后系统的总机械能增加，但不能确定a、b的速度大小，所以选项A、B错误；因炸开后a、b都做平抛运动，且高度相同，故选项C正确；由牛顿第三定律知，选项D正确．二、非选择题9．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所受阻力不计，水的密度是ρ＝103答案：4m/s解析：“水火箭”喷出水流做反冲运动，设“水火箭”原来总质量为M，水流的喷出速度为v，火箭的反冲速度即火箭启动后2s末的速度为v′，由动量守恒定律得(M－ρQt)v′＝ρQtv解得v′＝eq\f(ρQtv,M－ρQt)＝eq\f(103×2×10－4×2×10,1.4－103×2×10－4×2)m/s＝4m/s.10．如图所示，某小组在探究反冲运动时，将一个质量为m1的小液化瓶固定在质量为m2的小玩具船上，利用液化瓶向外喷射气体作为船的动力．现在整个装置静止放在安静的水面上，已知打开液化瓶后向外喷射气体的对地速度为v1，假如在Δt的时间内向后喷射的气体的质量为Δm，忽视水的阻力，则：(1)喷射出质量为Δm的气体后，小船的速度是多少？(2)喷射出质量为Δm的气体的过程中，小船所受气体的平均作用力的大小是多少？答案：(1)eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm)(2)eq\f(Δmv1,Δt)解析：(1)由动量守恒定律得：(m1＋m2－Δm)v船－Δmv1＝0得：v船＝eq\f(Δmv1,m1＋m2－Δm).(2)对喷射出的气体运用动量定理得：FΔt＝Δmv1解得：F＝eq\f(Δmv1,Δt)由牛顿第三定律得，小船所受气体的平均作用力大小为F′＝F＝eq\f(Δmv1,Δt).11．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200g的气体，气体离开发动机喷出时的速度v＝1000m/s.设火箭质量M＝300kg，发动机每秒钟喷气20次．(1)当第三次喷出气体后，火箭的速度多大？(2)运动第1s末，火箭的速度多大？答案：(1)2m/s(2)13.5m/s解析：火箭喷气属反冲现象，火箭和气体组成的系统动量守恒，运用动量守恒定律求解．(1)选取火箭和气体组成的系统为探讨对象，运用动量守恒定律