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高中物理 第16章 動量守恒定律 5 反沖運(yùn)動 火箭學(xué)業(yè)分層測評 新人教選修3-5

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高中物理 第16章 動量守恒定律 5 反沖運(yùn)動 火箭學(xué)業(yè)分層測評 新人教選修3-5

反沖運(yùn)動 火箭 (建議用時:45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.一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,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)動速度不發(fā)生變化 E.氣球可能加速上升 【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,動量守恒,則(M+m)v0=mv1+Mv2,在人向上爬的過程中,氣球的速度為v2=.當(dāng)v2>0時,氣球可勻速上升;當(dāng)v2=0時氣球靜止;當(dāng)v2<0時氣球下降.所以,選項(xiàng)A、B、C均正確.要使氣球運(yùn)動速度不變,則人的速度仍為v0,即人不上爬,顯然不對,D選項(xiàng)錯誤.E項(xiàng)違背動量守恒. 【答案】 ABC 2.質(zhì)量為m的人在質(zhì)量為M的小車上從左端走到右端,如圖1656所示,當(dāng)車與地面摩擦不計時,那么(  ) 圖1656 A.人在車上行走,若人相對車突然停止,則車也突然停止 B.人在車上行走的平均速度越大,則車在地面上移動的距離也越大 C.人在車上行走的平均速度越小,則車在地面上移動的距離就越大 D.不管人以什么樣的平均速度行走,車在地面上移動的距離相同 E.人在車上行走的平均速度越大,車在地面移動的平均速度也越大 【解析】 由人與車組成的系統(tǒng)動量守恒得:mv人=Mv車,可知A、E正確;設(shè)車長為L,由m(L-x車)=Mx車得,x車=L,車在地面上移動的位移大小與人的平均速度大小無關(guān),故D正確,B、C均錯誤. 【答案】 ADE 3.一裝有柴油的船靜止于水平面上,若用一水泵把前艙的油抽往后艙,如圖1657所示.不計水的阻力,船的運(yùn)動情況是________________.(填“向前運(yùn)動”“向后運(yùn)動”或“靜止”) 圖1657 【解析】 雖然抽油的過程屬于船與油的內(nèi)力作用,但油的質(zhì)量發(fā)生了轉(zhuǎn)移,從前艙轉(zhuǎn)到了后艙,相當(dāng)于人從船的一頭走到另一頭的過程. 【答案】 向前運(yùn)動 4.質(zhì)量為M的火箭,原來以速度v0在太空中飛行,現(xiàn)在突然向后噴出一股質(zhì)量為Δm的氣體,噴出氣體相對火箭的速度為v,則噴出氣體后火箭的速率為________. 【解析】 依題意可知,火箭原來相對地的速度為v0,初動量為p0=Mv0,質(zhì)量為Δm的氣體噴出后,火箭的質(zhì)量為(M-Δm),設(shè)氣體噴出后,火箭和氣體相對地的速度分別為v1和v2,則氣體相對火箭的速度為:v=v1+v2,v2=v-v1,選v1的方向?yàn)檎较?,則系統(tǒng)的末動量為:p=(M-Δm)v1+Δm[-(v-v1)]=Mv1-Δmv,由動量守恒定律,有p=p0,則:Mv1-Δmv=Mv0,所以v1=(Mv0+Δmv)/M. 【答案】 (Mv0+Δmv)/M 5.如圖1658所示,火炮連同炮彈的總質(zhì)量為M,當(dāng)炮管水平,火炮車在水平路面上以v1的速度向右勻速行駛中,發(fā)射一枚質(zhì)量為m的炮彈后,火炮的速度變?yōu)関2,仍向右行駛.則炮彈相對炮筒的發(fā)射速度v0為________. 圖1658 【解析】 火炮水平勻速行駛時,牽引力與阻力平衡,系統(tǒng)動量守恒.設(shè)向右為正方向,發(fā)射前動量之和為Mv1,發(fā)射后系統(tǒng)的動量之和為(M-m)v2+m(v0+v2),由Mv1=(M-m)v2+m(v0+v2),解得v0=-v2=. 【答案】  6.有一條捕魚小船??吭诤叴a頭,小船又窄又長(估計重1噸左右),一位同學(xué)想用一個卷尺粗略測定它的質(zhì)量,他進(jìn)行了如下操作:首先將船平行碼頭自由停泊,然后他輕輕從船尾上船,走到船頭后停下,而且輕輕下船,用卷尺測出船后退的距離d,然后用卷尺測出船長L.已知他身體的質(zhì)量為m,則小船的質(zhì)量為多少? 【解析】 如圖所示,設(shè)該同學(xué)在時間t內(nèi)從船尾走到船頭,由動量守恒定律知,人、船在該時間內(nèi)的平均動量大小相等,即:m=M 又:x人=L-d 解得M=. 【答案】  [能力提升] 7.平靜的水面上停著一只小船,船頭站立著一個人,船的質(zhì)量是人的質(zhì)量的8倍.從某時刻起,這個人向船尾走去,走到船中部他突然停止走動.水對船的阻力忽略不計.下列說法中正確的是(  ) A.人走動時,他相對于水面的速度大于小船相對于水面的速度 B.他突然停止走動后,船由于慣性還會繼續(xù)走動一小段時間 C.人在船上走動過程中,人對水面的位移是船對水面的位移的9倍 D.人在船上走動過程中,人的動能是船的動能的8倍 E.人在船上走動過程中,人對水面的位移是船對水面的位移的8倍 【解析】 人船系統(tǒng)動量守恒,總動量始終為零,因此人、船動量等大,速度與質(zhì)量成反比,A正確;人“突然停止走動”是指人和船相對靜止,設(shè)這時人、船的速度為v,則(M+m)v=0,所以v=0,說明船的速度立即變?yōu)榱?,B錯誤;人和船系統(tǒng)動量守恒,速度和質(zhì)量成反比,因此人的位移是船的位移的8倍,C錯誤E正確;動能、動量關(guān)系Ek=∝,人在船上走動過程中人的動能是船的動能的8倍,D正確. 【答案】 ADE 8.如圖1659所示,一個傾角為α的直角斜面體靜置于光滑水平面上,斜面體質(zhì)量為M,頂端高度為h.今有一質(zhì)量為m的小物體,沿光滑斜面下滑,當(dāng)小物體從斜面頂端自由下滑到底端時,斜面體在水平面上移動的距離是多少? 【導(dǎo)學(xué)號:66390015】 圖1659 【解析】 此題屬于“人船模型”問題,m與M組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒,設(shè)m在水平方向上對地位移為x1,M在水平方向上對地位移為x2 因此0=mx1-Mx2① 且x1+x2=hcot α② 由①②可得x2=. 【答案】  9.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.假如噴出的水流流量保持為210-4 m3/s,噴出速度保持水平且對地為10 m/s.啟動前火箭總質(zhì)量為1.4 kg,則啟動2 s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,阻力不計,水的密度是103 kg/m3. 【解析】 “水火箭”噴出水流做反沖運(yùn)動,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′,由動量守恒定律得 (m-ρQt)v′=ρQtv 火箭啟動后2 s末的速度為 v′== m/s=4 m/s. 【答案】 4 m/s 10.如圖16510所示,一質(zhì)量為m的玩具蛙蹲在質(zhì)量為M的小車的細(xì)桿上,小車放在光滑的水平面上,若車長為L,細(xì)桿高為h且位于小車的中央,試問玩具蛙對地最小以多大的水平速度跳出才能落到地面上(重力加速度為g)? 圖16510 【解析】 蛙和車組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒,則 Mv′-mv=0 蛙下落時間t= 若蛙恰好落地,則有v′t+vt= 解得v=. 【答案】 

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