2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)4反沖運(yùn)動(dòng)火箭含解析新人教版選修3-5

PAGE5-課時(shí)分層作業(yè)(四)(時(shí)間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．一航天探測器完成對月球的探測后，離開月球的過程中，由靜止起先沿著與月球表面成肯定傾角的直線飛行，先加速運(yùn)動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)．探測器通過噴氣而獲得動(dòng)力，下列關(guān)于噴氣方向的說法正確的是()A．探測器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，向后噴射B．探測器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴射C．探測器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴射D．探測器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不須要噴射[解析]探測器在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭茉虑蛞Φ淖饔茫瑖姎馑a(chǎn)生的推力一方面要平衡月球的引力，另一方面還要供應(yīng)加速的動(dòng)力，則沿著后下方某一個(gè)方向噴氣，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；探測器在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭茉虑蛞Φ淖饔茫瑖姎猱a(chǎn)生的推力只須要平衡月球的引力即可(豎直向下噴氣)，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．[答案]C2.如圖所示，一枚火箭搭載著衛(wèi)星以速率v0進(jìn)入太空預(yù)定位置，由限制系統(tǒng)使箭體與衛(wèi)星分別．已知前部分的衛(wèi)星質(zhì)量為m1，后部分的箭體質(zhì)量為m2，分別后箭體以速率v2沿火箭原方向飛行，若忽視空氣阻力及分別前后系統(tǒng)質(zhì)量的改變，則分別后衛(wèi)星的速率v1為()A．v0－v2B．v0＋v2C．v0－eq\f(m2,m1)v2D．v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)[解析]火箭和衛(wèi)星組成的系統(tǒng)在分別時(shí)水平方向上動(dòng)量守恒，規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得(m1＋m2)v0＝m2v2＋m1v1，解得v1＝v0＋eq\f(m2,m1)(v0－v2)，D正確．[答案]D3．(多選)一氣球由地面勻速上升，當(dāng)氣球下的吊梯上站著的人沿著梯子上爬時(shí)，下列說法正確的是()A．氣球可能勻速上升 B．氣球可能相對地面靜止C．氣球可能下降 D．氣球運(yùn)動(dòng)速度不發(fā)生改變[解析]設(shè)氣球質(zhì)量為M，人的質(zhì)量為m，由于氣球勻速上升，系統(tǒng)所受的外力之和為零，當(dāng)人沿吊梯向上爬時(shí)，動(dòng)量守恒，則(M＋m)v0＝mv1＋Mv2，在人向上爬的過程中，氣球的速度為v2＝eq\f(M＋mv0－mv1,M).當(dāng)v2＞0時(shí)，氣球可勻速上升；當(dāng)v2＝0時(shí)氣球靜止；當(dāng)v2＜0時(shí)氣球下降．所以，選項(xiàng)A、B、C均正確．要使氣球運(yùn)動(dòng)速度不變，則人的速度仍為v0，即人不上爬，明顯不對，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．[答案]ABC4．如圖所示，質(zhì)量為M的密閉汽缸置于光滑水平面上，缸內(nèi)有一隔板P，隔板右邊是真空，隔板左邊是質(zhì)量為m的高壓氣體，若將隔板突然抽去，則汽缸的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．保持靜止不動(dòng)B．向左移動(dòng)肯定距離后復(fù)原靜止C．最終向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．先向左移動(dòng)，后向右移動(dòng)回到原來位置[解析]突然撤去隔板，氣體向右運(yùn)動(dòng)，汽缸做反沖運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣體充溢整個(gè)汽缸時(shí)，它們之間的作用結(jié)束．由動(dòng)量守恒定律可知，起先時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，結(jié)束時(shí)總動(dòng)量必為零，汽缸和氣體都將停止運(yùn)動(dòng)，故B正確．[答案]B5．向空中放射一物體，不計(jì)空氣阻力．當(dāng)此物體的速度恰好沿水平方向時(shí)，物體炸裂成a、b兩塊，若質(zhì)量較大的a塊的速度方向仍沿原來的方向，則()A．b的速度方向肯定與初速度方向相反B．從炸裂到落地的這段時(shí)間里，a飛行的水平距離肯定比b的大C．a(chǎn)、b肯定同時(shí)到達(dá)水平地面D．在炸裂過程中，a、b受到的爆炸力的沖量大小不肯定相等[解析]爆炸后系統(tǒng)的總機(jī)械能增加，但不能確定a、b兩塊的速度大小，所以A、B不能確定；因炸開后兩者都做平拋運(yùn)動(dòng)，且高度相同，故下落時(shí)間相同，選項(xiàng)C正確；由牛頓第三定律知a、b受到的爆炸力大小相等，作用時(shí)間也相同，故a、b受到的爆炸力的沖量大小相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．[答案]C6．如圖所示，設(shè)質(zhì)量為M的導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)到空中最高點(diǎn)時(shí)速度為v0，突然炸成兩塊，質(zhì)量為m的一塊以速度v沿v0的方向飛去，則另一塊的運(yùn)動(dòng)()A．肯定沿v0的方向飛去B．肯定沿v0的反方向飛去C．可能做自由落體運(yùn)動(dòng)D．以上說法都不對[解析]以整個(gè)導(dǎo)彈為探討對象，取v0的方向?yàn)檎较颍罁?jù)爆炸的瞬間系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，有Mv0＝(M－m)v′＋mv，則得另一塊的速度為v′＝eq\f(Mv0－mv,M－m)，若Mv0>mv，則v′>0，說明另一塊沿v0的方向飛去；若Mv0<mv，則v′<0，說明另一塊沿v0的反方向飛去；若Mv0＝mv，則v′＝0，說明另一塊做自由落體運(yùn)動(dòng)，故選C.[答案]C二、非選擇題(14分)7．一個(gè)宇航員連同裝備的總質(zhì)量為100kg，在空間跟飛船相距45m處相對飛船處于靜止?fàn)顟B(tài)，他帶有一個(gè)裝有0.5kg氧氣的貯氧筒，貯氧筒上有一個(gè)可以使氧氣相對飛船以50m/s的速度噴出的噴嘴．宇航員必需向著跟返回飛船方向相反的方向釋放氧氣，才能回到飛船上，同時(shí)又必需保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸，已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10－4kg/s，試問瞬間噴出多少氧氣，宇航員才能平安返回飛船？[解析]設(shè)瞬間噴出氧氣的質(zhì)量為m，宇航員剛好平安返回由動(dòng)量守恒得mv－Mv1＝0(氣體質(zhì)量的改變對宇航員質(zhì)量改變的影響很小，可以忽視)勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\f(s,v1)，m0≥Qt＋m聯(lián)立解得0.05kg≤m≤0.45kg[答案]瞬間噴出氧氣的質(zhì)量m滿意0.05kg≤m≤0.45kg[實(shí)力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．(多選)安靜的水面上停著一只小船，船頭站立著一個(gè)人，船的質(zhì)量是人的質(zhì)量的8倍．從某時(shí)刻起，這個(gè)人向船尾走去，走到船中部他突然停止走動(dòng)．水對船的阻力忽視不計(jì)．下列說法中正確的是()A．人走動(dòng)時(shí)，他相對于水面的速度大于小船相對于水面的速度B．他突然停止走動(dòng)后，船由于慣性還會(huì)接著走動(dòng)一小段時(shí)間C．人在船上走動(dòng)過程中，人對水面的位移是船對水面的位移的9倍D．人在船上走動(dòng)過程中，人的動(dòng)能是船的動(dòng)能的8倍[解析]人船系統(tǒng)動(dòng)量守恒，總動(dòng)量始終為零，因此人、船動(dòng)量等大，速度與質(zhì)量成反比，A正確；人“突然停止走動(dòng)”是指人和船相對靜止，設(shè)這時(shí)人、船的速度為v，則(M＋m)v＝0，所以v＝0，說明船的速度馬上變?yōu)榱悖珺錯(cuò)誤；人和船系統(tǒng)動(dòng)量守恒，速度和質(zhì)量成反比，因此人的位移是船的位移的8倍，C錯(cuò)誤；由動(dòng)能和動(dòng)量關(guān)系Ek＝eq\f(p2,2m)∝eq\f(1,m)，人在船上走動(dòng)過程中人的動(dòng)能是船的動(dòng)能的8倍，D正確．[答案]AD2．一小型火箭在高空繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若其沿運(yùn)動(dòng)方向的相反方向射出一物體P，不計(jì)空氣阻力，則()A．火箭肯定離開原來軌道運(yùn)動(dòng)B．P肯定離開原來軌道運(yùn)動(dòng)C．火箭運(yùn)動(dòng)半徑可能不變D．P運(yùn)動(dòng)半徑肯定減小[解析]火箭射出物體P后，由反沖原理知火箭速度變大，所需向心力變大，從而做離心運(yùn)動(dòng)離開原來軌道，半徑增大．P的速率可能減小、可能不變、可能增大，運(yùn)動(dòng)也存在多種可能性，所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤．[答案]A3．將質(zhì)量為1.00kg的模型火箭點(diǎn)火升空，50g燃燒的燃?xì)庖源笮?00m/s的速度從火箭噴口在很短時(shí)間內(nèi)噴出．在全部燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動(dòng)量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽視)()A．30kg·m/s B．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/s D．6.3×102kg·m/s[解析]起先時(shí)總動(dòng)量為零，規(guī)定氣體噴出的方向?yàn)檎较?，依?jù)動(dòng)量守恒定律有0＝m1v1＋p，解得火箭的動(dòng)量p＝－m1v1＝－0.05×600kg·m/s＝－30kg·m/s，負(fù)號(hào)表示方向，故A正確，BCD錯(cuò)誤．[答案]A4．穿著溜冰鞋的人靜止站在光滑的冰面上，沿水平方向舉槍射擊，每次射擊時(shí)子彈對地速度相等，設(shè)第一次射出子彈后，人相對于地后退的速度為v，下列說法正確的是()A．無論射出多少子彈，人后退的的速度都為vB．射出n顆子彈后，人后退的速度為nvC．射出n顆子彈后，人后退的速度小于nvD．射出n顆子彈后，人后退的速度大于nv[解析]設(shè)人、槍(包括子彈)的總質(zhì)量為M，每顆子彈質(zhì)量為m，子彈射出速度為v0，射出第1顆子彈，有0＝(M－m)v－mv0，設(shè)人射出n顆子彈后的速度為v′，則(M－nm)v′＝nmv0，可得v＝eq\f(mv0,M－m)，v′＝eq\f(nmv0,M－nm)，因M－m>M－nm，所以v′>nv，故選項(xiàng)D正確．[答案]D二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)某校課外科技小組制作了一只“水火箭”，用壓縮空氣壓出水流使火箭運(yùn)動(dòng)．假如噴出的水流流量保持為2×10－4m3/s，噴出速度保持水平且對地為10m/s.啟動(dòng)前火箭總質(zhì)量為1.4kg，則啟動(dòng)2s末火箭的速度可以達(dá)到多少？已知火箭沿水平軌道運(yùn)動(dòng)，阻力不計(jì)，水的密度是103kg/m3.[解析]“水火箭”噴出水流做反沖運(yùn)動(dòng)，設(shè)火箭原來總質(zhì)量為m，噴出水流的流量為Q，水的密度為ρ，水流的噴出速度為v，火箭的反沖速度為v′，由動(dòng)量守恒定律得(m－ρQt)v′＝ρQtv火箭啟動(dòng)后2s末的速度為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.[答案]4m/s6．(14分)在光滑的水平面上停放一輛平板車，一小孩站在平板車的最左端，小孩和平板車的總質(zhì)量為M，某時(shí)刻小孩將一質(zhì)量為m的物體沿水平向右的方向拋出，經(jīng)過一段時(shí)間物體落在平板車上，此時(shí)物體和平板車馬上相對靜止．已知物體的落地點(diǎn)距離小孩的水平站距為x＝4m，物體的拋出點(diǎn)距離平板車上表面的高度為h＝1.25m、M＝19m，整個(gè)過程中小孩與平板車始終保持相對靜止，重力加速度g＝10m/s2.則小孩拋出物體的瞬間平板車的速度應(yīng)為多大？[解析]小孩拋出物體的瞬間，小孩、平板車以及