高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭优秀练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册反冲现象火箭优秀练习，共17页。
A．乒乓球碰到墙壁后弹回B．发射炮弹后炮身后退
C．喷气式飞机喷气飞行D．火箭升空
【答案】BCD
【详解】A．根据动量守恒定律，原来静止的系统在内力作用下分裂成两个部分，当一部分向某一方向运动时，剩余部分沿相反方向运动的现象就是反冲现象。乒乓球碰到墙壁后弹回是因为受到了墙壁的作用力，不是反冲现象，A错误；
B．发射炮弹后弹头从炮口向前飞出，炮身后退，是反冲现象，B正确；
C．喷气式飞机是利用飞机与气体间的相互作用促进飞机前进，是反冲现象，C正确；
D．同理火箭向下喷出气体，使火箭升空是反冲现象， D正确。
故选BCD。
2．两位同学穿着旱冰鞋，面对面站立不动，互推后均向相反的方向运动。不计摩擦阻力，下列说法正确的是（ ）
A．互推过程中两同学的总机械能守恒
B．互推过程中两同学所受合力的冲量大小相等
C．互推过程中两同学的总动量增大
D．分离时质量大的同学速度大
【答案】B
【详解】A．互推过程中两同学对对方都做正功，则总机械能增加，故A错误；
B．互推过程中两同学所受合力的冲量大小相等，方向相反，故B正确；
C．互推过程中两同学的系统受合外力为零，则总动量守恒，故C错误；
D．根据动量守恒
可知，分离时质量大的同学速度小，故D错误。
故选B。
3．如图所示，小车与木箱紧挨着静止放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱，关于上述过程，下列说法正确的是（ ）
A．男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒
B．小车与木箱组成的系统动量守恒
C．男孩、小车与木箱三者组成的系统机械能守恒
D．小孩推力的冲量小于木箱的动量的变化量
【答案】A
【详解】A．系统受合外力为零，系统动量守恒，所以男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒，故A正确；
B．小车与木箱组成的系统有小孩施加的外力之和不为零，则系统动量不守恒，故B错误；
C．男孩推木箱的过程中，人对木箱、小车和自己做功，消耗人体内的化学能，转化为系统的机械能，所以系统的机械能增加，故C错误；
D．由动量定理可知，合外力的冲量等于动量的变化量，所以小孩推力的冲量等于木箱的动量的变化量，故D错误。
故选A。
4．2023年4月16日，我国首颗低倾角轨道降水测量卫星——风云三号G星搭载长征四号乙遥五十一运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。关于火箭、反冲现象，下列说法正确的是（ ）
A．火箭、汽车的运动都属于反冲运动
B．火箭开始工作后做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭
C．为了减少反冲的影响，用枪射击时要用肩部抵住枪身
D．在没有空气的宇宙空间，火箭无法利用反冲进行加速
【答案】C
【详解】A．火箭的运动属于反冲运动，而汽车是利用燃料燃烧获得向前的牵引力从而使汽车前进的，不属于反冲运动，故A错误；
B．由于反冲作用，火箭燃料燃烧产生的气体给火箭一个反作用力使火箭加速运动，这个反作用力并不是空气给的，故B错误；
C．用枪射击时要用肩部抵住枪身，这样可以减少反冲的影响，故C正确；
D．火箭的加速利用了反冲原理，靠喷出气流的反作用力进行加速，没有空气也可以加速，故D错误。
故选C。
5．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（ ）
A．燃料推动空气，空气反作用力推动火箭
B．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭
D．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
【答案】D
【详解】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。
故选D。
6．（多选）站在冰面上处于静止状态的80千克运动员甲，把身边静止的60千克的运动员乙推出去，自己向着反方向也运动了出去，不计冰面的摩擦力，关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A．甲对乙做的功与乙对甲做的功大小相等
B．甲对乙做功的平均功率大于乙对甲做功的平均功率
C．乙的动能增加量等于甲的动能增加量
D．两运动员构成的系统机械能不守恒
【答案】BD
【详解】AC．此过程根据动量守恒可得
甲、乙的末动能分别为
，
由于，可知甲的动能增加量小于乙的动能增加量，根据动能定理可知，乙对甲做的功小于甲对乙做的功，故AC错误；
B．根据
由于作用时间相同，乙对甲做的功小于甲对乙做的功，则甲对乙做功的平均功率大于乙对甲做功的平均功率，故B正确；
D．由于甲乙的动能均增加，所以两运动员构成的系统机械能不守恒，故D正确。
故选BD。
7．乌贼游动时，先把水吸入体腔，然后收缩身体，通过身体上的小孔向外喷水，使身体向相反方向快速移动。某次静止的乌贼在瞬间喷出的水的质量占喷水前自身总质量的，喷水后乌贼获得的速度为5m/s，则喷出的水的速度为（ ）
A．88m/sB．45m/sC．72m/sD．16m/s
【答案】B
【详解】取喷水后乌贼获得的速度方向为正方向。设喷水后乌贼质量为，速度大小为，喷出的水的质量为，速度大小为，根据动量守恒定律得
其中
解得
故选B。
8．如图，甲乙两人静止在冰面上，甲推乙后，两人向相反方向滑去，设甲推乙的力远大于冰面对人的摩擦力，两人与冰面间动摩擦因数相等，则下列说法正确的是（ ）
A．若，分开后乙先停下来
B．若，在推动过程中，甲对乙的冲量大于乙对甲的冲量
C．无论甲、乙质量关系如何，在推动过程中，甲、乙两人组成系统的总动量守恒
D．无论甲、乙质量关系如何，在运动过程中，甲、乙两人组成系统的总动量守恒
【答案】C
【详解】BC．在推动过程中，甲对乙的冲量等于乙对甲的冲量；在推动过程中，由于甲推乙的力远大于冰面对人的摩擦力，则甲、乙两人组成系统的总动量守恒，故B错误，C正确；
D．在运动过程中，由于甲、乙两人受到冰面摩擦力作用，若甲、乙质量不相等，则甲、乙两人组成系统所受合外力不为0，则甲、乙两人组成系统的总动量不守恒，故D错误；
A．在推动过程中，甲、乙两人组成系统的总动量守恒，则有
设两人与冰面间的动摩擦因数为，分开后到停下所用时间分别为
，
所，则，可知分开后甲先停下来，故A错误。
故选C。
9．一门旧式大炮在光滑的平直轨道上以的速度匀速前进，炮身质量为，现将一质量为的炮弹，以相对炮身的速度大小与v反向水平射出，求射出炮弹后炮身的对地速度。（保留3位有效数字）
【答案】19.6m/s，方向与原运动方向相同
【详解】以地面为参考系，设炮身原运动方向为正方向，根据动量守恒定律有
解得
方向与原运动方向相同。
10．如图所示，质量为m的人和质量均为M的两辆小车A、B处在一直线上，人以速度v0跳上小车A，为了避免A、B相撞，人随即由A车跳上B车，问人至少要以多大的速度从A车跳向B车才能避免相撞？
【答案】
【详解】设人跳离A车时的速度为v1，A车的速度为v2，人落在B车上B车的速度为v3
则人跳上A车后由动量守恒有
人跳离A车时由动量守恒有
两车避免相撞的条件是
以上联立解得
11．如图所示，北京时间2024年3月2日，神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林密切协同，在地面科研人员的配合支持下，进行了约8小时的出舱活动，完成既定任务。为了保证出舱宇航员的安全，通常会采用多重保障，其中之一就是出舱宇航员要背上可产生推力的便携式设备，装备中有一个能喷出气体的高压气源。假设一个连同装备共有的航天员，脱离空间站后，在离空间站的位置与空间站处于相对静止的状态。航天员为了返回空间站，先以相对空间站的速度向后喷出的气体距离空间站时，再次以同样速度喷出同等质量的气体，则宇航员返回空间站的时间约为（ ）
A．200sB．300sC．400sD．600s
【答案】B
【详解】设宇航员的速度方向为正方向，第一次喷气后航天员的速度为，则根据动量守恒定律
即
解得
此所需的时间为
再次喷气，设喷气后航天员的速度为，根据动量守恒定律
即
解得
此后所需的时间为
则宇航员返回空间站的时间约为
故选B。
12．如图所示，水火箭中水被向下喷出时，瓶及瓶内的空气就受力向上冲，水火箭就是利用这个原理升空的。某同学将静置在地面上的质量为800g（含水）的自制水火箭释放升空，在极短的时间内，质量为200g的水以相对地面大小为80m/s的速度竖直向下喷出，水喷出后的瞬间，水火箭的动量大小为（喷出过程中重力和空气阻力可忽略）（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】水从水火箭喷口喷出的瞬间，水火箭和水组成的系统动量守恒，设水喷出后的瞬间，水火箭的动量大小为，根据动量守恒定律，可得
解得
故选D。
13．（多选）如图所示，甲和他的冰车总质量，甲推着质量的小木箱一起以速度向右滑行。乙和他的冰车总质量也为，乙以同样大小的速度迎面而来。为了避免相撞，甲将小木箱以速度v沿冰面推出，木箱滑到乙处时乙迅速把它抓住。若不计冰面的摩擦力，则小木箱的速度v可能为（ ）
A．B．C．D．
【答案】CD
【详解】对于甲和箱子根据动量守恒得
对于乙和箱子根据动量守恒得
当甲乙恰好不相碰，则
联立解得
若要避免碰撞，则需要满足
故选CD。
14．用火箭发射人造卫星，发射过程中最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为，最后一节火箭壳体的质量为。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为。下列说法正确的是（ ）
A．分离后火箭壳体的速度大小为
B．分离后火箭壳体的速度大小为
C．分离过程中火箭壳体对卫星的冲量大小为
D．分离前后卫星与火箭壳体的总动量变化量大小为
【答案】C
【详解】ABD．设火箭壳体和卫星分离前一起绕地球做匀速圆周运动的速度为，卫星的质量为，火箭壳体的质量为，分离时卫星与火箭壳体沿轨道切线方向的相对速度为，分离后火箭壳体的速度大小为，根据题意可知，分离前后卫星与火箭壳体组成的系统动量守恒，则分离前后卫星与火箭壳体的总动量变化量大小为0，取分离前火箭壳体和卫星的速度方向为正方向，根据动量守恒定律得
解得
则分离后卫星的速度为
故ABD错误。
C．分离过程中，设火箭壳体对卫星的冲量大小为，对卫星由动量定理有
故C正确。
故选C。
15．用火箭发射人造地球卫星，假设最后一节火箭的燃料用完后，火箭壳体和卫星一起以的速度绕地球做匀速圆周运动。已知卫星的质量为500kg，最后一节火箭壳体的质量为100kg。某时刻火箭壳体与卫星分离，分离时火箭壳体相对卫星以的速度沿轨道切线方向向后飞去。则（ ）
A．分离后卫星的速度为B．分离后卫星的速度为
C．分离后火箭壳体的轨道半径会变大D．分离后卫星的轨道半径会变小
【答案】A
【详解】AB．设卫星运动方向为正方向，设分离后卫星的速度为，火箭壳的速度为，则有
根据动量守恒可得
联立解得
，
故A正确，B错误；
CD．分离后火箭壳速度变小，做近心运动，轨道半径会变小；卫星速度变大，做离心运动，轨道半径会变大，故CD错误。
故选A。
16．一名连同装备总质量为M的航天员，脱离宇宙飞船后，在离飞船x处与飞船处于相对静止状态。装备中有一个高压气源能以速度v（以飞船为参考系）喷出气体从而使航天员相对于飞船运动。如果航天员一次性向远离飞船方向喷出质量为的气体，使航天员在时间t内匀速返回飞船。下列说法正确的是（ ）
A．喷出气体的质量等于
B．若高压气源喷出气体的质量不变但速度变大，则返回时间大于t
C．若高压气源喷出气体的速度变大但动量不变，则返回时间大于t
D．在喷气过程中，航天员、装备及气体所构成的系统动量和机械能均守恒
【答案】C
【详解】A．由题意知，航天员的速度为
喷气过程系统动量守恒，以宇航员的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
解得
故A错误；
BC．根据动量守恒有
解得
若高压气源喷出气体的质量不变但速度变大，则变大，故返回时间小于t；由
若高压气源喷出气体的速度变大但动量不变，可知减小，得减小，则返回时间大于t，
故B错误，C正确；
D．在喷气过程中，航天员、装备及气体所构成的系统动量守恒，整个系统的动能增加，故系统机械能不守恒，故D错误。
故选C。
17．某科研小组试验一款火箭，携带燃料后的总质量为M。先将火箭以初速度从地面竖直向上弹出，上升到高度时点燃燃料，假设质量为m的燃气在一瞬间全部竖直向下喷出，若燃气相对火箭喷射出的速率为u，重力加速度为g，不计空气阻力。求：
(1)火箭到达高度时的速度大小；
(2)燃气全部喷出后火箭的速度大小；
(3)火箭上升的最大高度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）由机械能守恒可得
解得火箭到达高度时的速度大小为
（2）由动量守恒可得
解得燃气全部喷出后火箭的速度大小为
（3）设火箭上升的最大高度为，根据机械能守恒可得
解得
18．如图所示，在平静的湖面上有一小船以速度匀速行驶，人和船的总质量为M=200kg，船上另载有N=20个完全相同的小球，每个小球的质量为m=5kg．人站立船头，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=6m/s抛出小球，试计算出第一个小球抛出后小船的速度大小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=6m/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】（1）m/s；11（2）
【详解】（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
代入数据得=m/s，即抛出第一个小球后，船的速度为=m/s
设抛出第n个球时，有
联立上式可推得
代入数据得，=
当＜0，即船反向，有
或
得10＜n＜60，即当抛出第11个小球时船反向．
（2）设第16次抛出小球时，小船的原来对地速度为，抛出后小船的对地速度为，
因小球是相对于小船的速度v=6m/s抛出，抛出后小球对地的速度，
由动量守恒定律可得
代入数据可得．
19．如图（a）所示，在光滑的水平面上有甲、乙两辆碰碰车，质量为30 kg的小孩乘甲车以5 m/s的速度水平向右匀速运动，甲车的质量为15 kg，乙车静止于甲车滑行的前方。
（1） 两车碰撞前后的位置随时间变化的图像如图（b）所示， 求乙车的质量。
（2）为了避免甲、乙两车相撞，小孩可以在适当距离，快速从甲车跳到乙车上。求小孩最少以多大的速度（相对于地面）跳离甲车，才能避免甲乙相撞。（结果保留两位有效数字）

【答案】（1）90kg；（2）
【详解】（1）由图可知，碰撞前甲车的速度大小
碰撞后甲车的速度大小
负号表示方向向左
乙车的速度大小
甲、乙两车碰撞过程中，三者组成的系统动量守恒，以甲的初速度方向为正方向，由动量守恒定律
代入数据解得
（1设人跳向乙车的速度为v人，系统动量守恒，以甲的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：人跳离甲车
人跳至乙车
为使二车避免相撞，应满足
取“＝”时，人跳离甲车的速度最小,代入数据解得
20．火箭的发射应用了反冲的原理，通过喷出燃气的反冲作用而获得巨大的速度。为简化问题研究，忽略燃气喷出过程中火箭重力和空气阻力的影响。
（1）将质量为1.0kg的火箭模型点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的对地速度在很短时间内从火箭喷口喷出。求在燃气喷出后的瞬间火箭动量的大小。
（2）现代火箭发动机的喷气速度通常在2000~5000m/s，为使火箭获得所需的推进速度，需要装载上百吨燃料。假设处于静止状态的火箭总质量为（含燃烧气体质量，燃烧气体总质量为），火箭发动机可以有两种方式喷射燃烧气体：一是在短时间内一次将质量为的燃烧气体喷射出去；二是用较长的时间多次喷射，每次喷射质量为的燃烧气体。若两种方式喷出的燃烧气体相对于每一次喷气前火箭的速度大小始终为，试论证哪种喷射方式会使火箭获得更大的速度。
【答案】（1）；（2）一次将燃料喷出时，使火箭获得的速度更大
【详解】（1）根据动量守恒火箭的动量
（2）一次性喷出时，根据动量守恒
解得
多次喷出的过程中，根据动量守恒，第一次喷出时
可得
①
第二次喷出时
解得
②
……
第n次喷出时
可得
③
将①②…③.累加可得
可知
因此一次性喷出时使火箭获得的速度更大。
21．（2024·浙江·高考真题）如图所示，2023年12月9日“朱雀二号”运载火箭顺利将“鸿鹄卫星”等三颗卫星送入距离地面约的轨道。取地球质量，地球半径，引力常量。下列说法正确的是（ ）
A．火箭的推力是空气施加的B．卫星的向心加速度大小约
C．卫星运行的周期约D．发射升空初始阶段，装在火箭上部的卫星处于失重状态
【答案】B
【详解】A．根据反冲现象的原理可知，火箭向后喷射燃气的同时，燃气会给火箭施加反作用力，即推力，故A错误；
B．根据万有引力定律可知卫星的向心加速度大小为
故B正确；
C．卫星运行的周期为
故C错误；
D．发射升空初始阶段，火箭加速度方向向上，装在火箭上部的卫星处于超重状态，故D错误。
故选B。
22．（2017·海南·高考真题）光滑水平桌面上有P、Q两个物块，Q的质量是P的n倍。将一轻弹簧置于P、Q之间，用外力缓慢压P、Q。撤去外力后，P、Q开始运动，P和Q的动量大小的比值为（ ）
A．B．C．D．1
【答案】D
【详解】由动量守恒定律可知，P、Q两个物块构成的系统，动量前后守恒，则
ABC错误，D正确。
故选D。
3．（2024·江苏·高考真题）嫦娥六号探测器于5月3日在中国文昌航天发射场发射升空并进入地月转移轨道，探测器经过轨道修正、近月制动，顺利进入环月轨道飞行。此后探测器经历着路器和上升器组合体、轨道器和返回器组合体的分离。已知嫦娥六号探测器在轨速度为v0，着陆器对应的组合体A与轨道器对应的组合体B分离时间为Δt，分离后B的速度为，且与v0同向，A、B的质量分别为m、M。求：
（1）分离后A的速度vA大小；
（2）分离时A对B的推力大小。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）组合体分离前后动量守恒，取v0的方向为正方向，有
解得
（2）以B为研究对象，对B列动量定理有
解得
4．（2024·辽宁·高考真题）如图，高度的水平桌面上放置两个相同物块A、B，质量。A、B间夹一压缩量的轻弹簧，弹簧与A、B不栓接。同时由静止释放A、B，弹簧恢复原长时A恰好从桌面左端沿水平方向飞出，水平射程；B脱离弹簧后沿桌面滑行一段距离后停止。A、B均视为质点，取重力加速度。求：
（1）脱离弹簧时A、B的速度大小和；
（2）物块与桌面间的动摩擦因数μ；
（3）整个过程中，弹簧释放的弹性势能。
【答案】（1）1m/s，1m/s；（2）0.2；（3）0.12J
【详解】（1）对A物块由平抛运动知识得
代入数据解得，脱离弹簧时A的速度大小为
AB物块质量相等，同时受到大小相等方向相反的弹簧弹力及大小相等方向相反的摩擦力，则AB物块整体动量守恒，则
解得脱离弹簧时B的速度大小为
（2）对物块B由动能定理
代入数据解得，物块与桌面的动摩擦因数为
（3）弹簧的弹性势能转化为AB物块的动能及这个过程中克服摩擦力所做的功，即
其中
，
解得整个过程中，弹簧释放的弹性势能