高中通用技術(shù)模型優(yōu)秀課后練習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

1. 反沖運(yùn)動(dòng)
2．火箭
(1)火箭的原理
火箭的工作原理是反沖運(yùn)動(dòng)，其反沖過(guò)程動(dòng)量守恒，它靠向后噴出的氣流的反沖作用而獲得向前的速度。
(2)影響火箭獲得速度大小的因素
①噴氣速度：現(xiàn)代液體燃料火箭的噴氣速度約為2__000～4__000 m/s。
②火箭的質(zhì)量比：指火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與火箭除燃料外的箭體質(zhì)量之比，決定于火箭的結(jié)構(gòu)和材料。現(xiàn)代火箭的質(zhì)量比一般小于10。
火箭獲得的最終速度
火箭發(fā)射前的總質(zhì)量為M、燃料燃盡后的質(zhì)量為m，火箭燃?xì)獾膰娚渌俣葹関1，如圖所示，
在火箭發(fā)射過(guò)程中，由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以動(dòng)量守恒。
發(fā)射前的總動(dòng)量為0，設(shè)燃料燃盡后火箭的飛行速度為v，發(fā)射后的總動(dòng)量為
mv－(M－m)v1(以火箭的速度方向?yàn)檎较?
由動(dòng)量守恒定律，mv－(M－m)v1＝0
解得 v＝(eq \f(M,m)－1)v1
由此可知，燃料燃盡時(shí)火箭獲得的最終速度由噴氣速度及質(zhì)量比 eq \f(M,m) 決定。
【來(lái)源：噴氣速度越大，質(zhì)量比越大，火箭獲得的速度越大。
（3）．多級(jí)火箭：能及時(shí)把空殼拋掉，使火箭的總質(zhì)量減少，因而能夠達(dá)到很高的速度，但火箭的級(jí)數(shù)不是越多越好，級(jí)數(shù)越多，構(gòu)造越復(fù)雜，工作的可靠性越差，目前多級(jí)火箭一般都是三級(jí)火箭。
【典例精析】
【典例】(2017·全國(guó)理綜I卷·14)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。在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動(dòng)量大小為（噴出過(guò)程中重力和空氣阻力可忽略）
A.30kgm/s B.5.7×102kgm/s
C.6.0×102kgm/s D.6.3×102kgm/s
【參考答案】A
【命題意圖】本題考查動(dòng)量守恒定律及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。
【關(guān)鍵一步】燃?xì)鈴幕鸺龂娍谠诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)噴出，其重力沖量和空氣阻力沖量都很小，因此可把火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)看作所受合外力為零，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解答。
【解題思路】燃?xì)鈴幕鸺龂娍谠诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)噴出的瞬間，火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)火箭的動(dòng)量為p，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，可得：p-mv0=0，解得p=mv0=0.050kg×600m/s=30kg·m/s，選項(xiàng)A正確。
【針對(duì)性訓(xùn)練】
1．（2024重慶模擬2）如題圖1所示，水火箭又稱氣壓式噴水火箭、水推進(jìn)火箭，由飲料瓶、硬紙片等環(huán)保廢舊材料制作而成。題圖2是水火箭的簡(jiǎn)易原理圖：用打氣筒向水火箭內(nèi)不斷打氣，當(dāng)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大到一定程度時(shí)發(fā)射，發(fā)射時(shí)可近似認(rèn)為水從水火箭中向下以恒定速度 v0=40m/s在不到0.1s時(shí)間內(nèi)噴完，使水火箭升空。已知水和水火箭的質(zhì)量分別為 m1=0.4kg、m2=0.3kg，忽略空氣阻力，水剛好噴完時(shí)，水火箭的速度最接近（）
A．12 m/sB．30 m/sC．50m/sD．120m/s
【參考答案】C
【名師解析】由于水在不到0.1s時(shí)間內(nèi)噴完，可知水和水火箭間的作用力較大，水和水火箭的重力可以忽略，水和水火箭組成的系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒，由動(dòng)量守恒定律有，m1v0?m2v=0，解得水火箭的速度：v=m1v0m2=0.4×400.3m/s=53m/s，C正確。
2. （2024安徽安慶市二中第四次質(zhì)檢）噴氣式飛機(jī)和火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理，依靠噴出氣流的反沖作用而產(chǎn)生較大推力。設(shè)火箭飛行時(shí)在極短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)噴射燃?xì)猓瑖姵龅娜細(xì)庀鄬?duì)于噴氣前火箭的速度為v，燃?xì)鈬娍诘臋M截面積為S，噴出燃?xì)獾拿芏葹?，在燃?xì)鈬娍诘臋M截面積不變的情況下，要使燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，則燃?xì)鈬娍趪姎獾乃俣葀要變?yōu)樵瓉?lái)的（）
A. 倍B. 2倍C. 4倍D. 8倍
【參考答案】B
【名師解析】設(shè)極短的時(shí)間內(nèi)燃料噴出的質(zhì)量為，燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力大小為，則
根據(jù)動(dòng)量定理有
解得
要使燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，則有
聯(lián)立解得
故選B。
5. （2023洛陽(yáng)名校聯(lián)考）將靜置在地面上、質(zhì)量為M(含燃料)的火箭模型點(diǎn)火升空，在極短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)地面的速度v0豎直向下噴出質(zhì)量為m的熾熱氣體。忽略噴氣過(guò)程重力和空氣阻力的影響，則噴氣結(jié)束時(shí)火箭模型獲得的速度大小是( )
A.eq \f(m,M)v0 B.eq \f(M,m)v0
C.eq \f(M,M－m)v0 D.eq \f(m,M－m)v0
【參考答案】D
【名師解析】選火箭和燃料整體為研究對(duì)象，在氣體噴出的過(guò)程中，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則(M－m)v＝mv0，
解得v＝eq \f(mv0,M－m)，故D選項(xiàng)正確。
6. (2023鄂東南省級(jí)示范性高中教育改革聯(lián)盟5月模擬)用火箭發(fā)射人造地球衛(wèi)星，假設(shè)最后一節(jié)火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以的速度繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知衛(wèi)星的質(zhì)量為500kg，最后一節(jié)火箭殼體的質(zhì)量為100kg。某時(shí)刻火箭殼體與衛(wèi)星分離，分離時(shí)衛(wèi)星與火箭殼體沿軌道切線方向的相對(duì)速度為。試求：（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（1）分離后衛(wèi)星的速度增加到多少？
（2）分離過(guò)程中衛(wèi)星對(duì)火箭殼體所做的功是多少？
【參考答案】（1）；（2）
【名師解析】
（1）根據(jù)動(dòng)量守恒
又
得分離后衛(wèi)星的速度增加到
（2）由（1），分離后火箭殼體的速度為
分離過(guò)程中衛(wèi)星對(duì)火箭殼體所做的功為
7. （2023廣州二模）如圖。玩具“火箭”由上下A、B兩部分和一個(gè)勁度系數(shù)較大輕彈簧構(gòu)成，A的質(zhì)量為0.2kg，B的質(zhì)量為0.4kg，彈簧夾在中間，與兩者不固連。開始時(shí)讓A、B壓緊彈簧并鎖定為一個(gè)整體，為使A上升得更高，讓“火箭”在距地面0.8m高處自由釋放，“火箭”著地瞬間以原速率反彈，同時(shí)解除鎖定，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，B 恰好停在地面上，不計(jì)空氣阻力和“火箭”的體積以及彈簧解鎖恢復(fù)原長(zhǎng)的時(shí)間，重力加速度取10m/s2。求
（1）“火箭”著地時(shí)速度大小；
（2）A上升的最大高度；
（3）彈簧被鎖定時(shí)的彈性勢(shì)能。
【參考答案】：（1）4m/s；（2）7.2m；（3）9.6J
【名師解析】：（1）“火箭”在距地面0.8m高處自由釋放，做自由落體運(yùn)動(dòng)
解得
（2）“火箭”著地瞬間以原速率反彈，同時(shí)解除鎖定，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程，B 恰好停在地面上,動(dòng)量守恒，取向上為正方向
解得
A做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，可逆向看成自由落體運(yùn)動(dòng)
解得
（3）根據(jù)功能關(guān)系有
8 在空間技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，噴氣背包曾經(jīng)作為宇航員艙外活動(dòng)的主要?jiǎng)恿ρb置，它能讓宇航員保持較高的機(jī)動(dòng)性。如圖8所示，宇航員在距離空間站艙門為d的位置與空間站保持相對(duì)靜止，啟動(dòng)噴氣背包，壓縮氣體通過(guò)橫截面積為S的噴口以速度v1持續(xù)噴出，宇航員到達(dá)艙門時(shí)的速度為v2。若宇航員連同整套艙外太空服的質(zhì)量為M，不計(jì)噴出氣體后宇航員和裝備質(zhì)量的變化，忽略宇航員的速度對(duì)噴氣速度的影響以及噴氣過(guò)程中壓縮氣體密度的變化，則噴出壓縮氣體的密度為( )
圖8
A.eq \f(2Mveq \\al(2,1),Sdveq \\al(2,2))B.eq \f(Mveq \\al(2,1),2Sdveq \\al(2,2))C.eq \f(2Mveq \\al(2,2),Sdveq \\al(2,1))D.eq \f(Mveq \\al(2,2),2Sdveq \\al(2,1))
【參考答案】 D
【名師解析】設(shè)噴出的氣體的質(zhì)量為m，則m＝ρSv1t，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得mv1＝Mv2，宇航員受力恒定，做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則eq \f(v2,2)·t＝d，聯(lián)立解得ρ＝eq \f(Mveq \\al(2,2),2Sdveq \\al(2,1))，故D正確。
9 .2022年11月12日，天舟五號(hào)與空間站天和核心艙成功對(duì)接，在對(duì)接的最后階段，天舟五號(hào)與空間站處于同一軌道上同向運(yùn)動(dòng)，兩者的運(yùn)行軌道均視為圓周。要使天舟五號(hào)在同一軌道上追上空間站實(shí)現(xiàn)對(duì)接，天舟五號(hào)噴射燃?xì)獾姆较蚩赡苷_的是( )
【參考答案】 A
【名師解析】要想使天舟五號(hào)在與空間站同一軌道上對(duì)接，則需要使天舟五號(hào)加速，與此同時(shí)要想不脫離原軌道，根據(jù)F＝meq \f(v2,r)，知必須要增大向心力，即噴氣時(shí)產(chǎn)生的推力有沿軌道向前的分量和指向地心的分量，而噴氣產(chǎn)生的推力與噴氣方向相反，故A正確。
10．（2024重慶模擬2）如題圖1所示，水火箭又稱氣壓式噴水火箭、水推進(jìn)火箭，由飲料瓶、硬紙片等環(huán)保廢舊材料制作而成。題圖2是水火箭的簡(jiǎn)易原理圖：用打氣筒向水火箭內(nèi)不斷打氣，當(dāng)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)增大到一定程度時(shí)發(fā)射，發(fā)射時(shí)可近似認(rèn)為水從水火箭中向下以恒定速度 v0=40m/s在不到0.1s時(shí)間內(nèi)噴完，使水火箭升空。已知水和水火箭的質(zhì)量分別為 m1=0.4kg、m2=0.3kg，忽略空氣阻力，水剛好噴完時(shí)，水火箭的速度最接近（）
A．12 m/sB．30 m/sC．50m/sD．120m/s
【參考答案】C
【名師解析】由于水在不到0.1s時(shí)間內(nèi)噴完，可知水和水火箭間的作用力較大，水和水火箭的重力可以忽略，水和水火箭組成的系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒，由動(dòng)量守恒定律有，m1v0?m2v=0，解得水火箭的速度：v=m1v0m2=0.4×400.3m/s=53m/s，C正確。
11. （2024安徽安慶市二中第四次質(zhì)檢）噴氣式飛機(jī)和火箭的飛行應(yīng)用了反沖的原理，依靠噴出氣流的反沖作用而產(chǎn)生較大推力。設(shè)火箭飛行時(shí)在極短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)噴射燃?xì)?，噴出的燃?xì)庀鄬?duì)于噴氣前火箭的速度為v，燃?xì)鈬娍诘臋M截面積為S，噴出燃?xì)獾拿芏葹?，在燃?xì)鈬娍诘臋M截面積不變的情況下，要使燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，則燃?xì)鈬娍趪姎獾乃俣葀要變?yōu)樵瓉?lái)的（）
A. 倍B. 2倍C. 4倍D. 8倍
【參考答案】B
【名師解析】設(shè)極短的時(shí)間內(nèi)燃料噴出的質(zhì)量為，燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力大小為，則
根據(jù)動(dòng)量定理有
解得
要使燃?xì)鈱?duì)火箭產(chǎn)生的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，則有
聯(lián)立解得
故選B。
12.（2020山東檢測(cè)）如圖所示,某中學(xué)航天興趣小組的同學(xué)將靜置在地面上的質(zhì)量為M(含水)的自制“水火箭”釋放升空,在極短的時(shí)間內(nèi),質(zhì)量為m的水以相對(duì)地面為v0的速度豎直向下噴出。已知重力加速度為g,空氣阻力不計(jì),下列說(shuō)法正確的是
A.火箭的推力來(lái)源于火箭外的空氣對(duì)它的反作用力
B.水噴出的過(guò)程中,火箭和水機(jī)械能守恒
C．火箭獲得的最大速度為
D．火箭上升的最大高度為
【參考答案】D
【名師解析】火箭的推力來(lái)源于火箭噴出的水對(duì)它的反作用力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；水噴出的過(guò)程中，火箭和水組成系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)的機(jī)械能增加，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；設(shè)火箭獲得的最大速度大小為v，由動(dòng)量守恒定律，mv0=（M—m）v，解得v= ，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得火箭上升的最大高度為h==，選項(xiàng)D正確。
13．（2020全國(guó)I卷模擬8）一機(jī)槍架在湖中小船上，船正以1 m/s的速度前進(jìn)，小船及機(jī)槍總質(zhì)量M＝200 kg，每顆子彈質(zhì)量為m＝20 g，在水平方向機(jī)槍以v＝600 m/s的對(duì)地速度射出子彈，打出5顆子彈后船的速度可能為( )
A．1.4 m/s B．1 m/s
C．0.8 m/s D．0.5 m/s
【參考答案】BC
【名師解析】若子彈射出方向與船前進(jìn)的方向在同一直線上，則子彈、機(jī)槍和小船組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有Mv0＝(M－5m)v′±5mv，若子彈向船前進(jìn)的方向射出，反沖作用使船速減小，v1′＝eq \f(Mv0－5mv,M－5m)＝0.7 m/s，若子彈向船前進(jìn)的反方向射出，v2′＝eq \f(Mv0＋5mv,M－5m)＝1.3 m/s，可見(jiàn)船速應(yīng)在0.7～1.3 m/s之間。故B、C正確。
14．為完成某種空間探測(cè)任務(wù)，需要在太空站上發(fā)射空間探測(cè)器，探測(cè)器通過(guò)向后噴氣而獲得反沖力使其加速。已知探測(cè)器的質(zhì)量為M，每秒鐘噴出的氣體質(zhì)量為m，噴射氣體的功率恒為P，不計(jì)噴氣后探測(cè)器的質(zhì)量變化。則( )
A．噴出氣體的速度為eq \r(\f(P,m))
B．噴出氣體的速度為 eq \r(\f(2P,m))
C．噴氣Δt秒后探測(cè)器獲得的動(dòng)能為eq \f(mP?Δt?2,M)
D．噴氣Δt秒后探測(cè)器獲得的動(dòng)能為eq \f(mP?Δt?2,2M)
【參考答案】BC
【名師解析】對(duì)t＝1 s內(nèi)噴出的氣體，由動(dòng)能定理得Pt＝eq \f(1,2)mv12，解得v1＝ eq \r(\f(2P,m))，故B正確，A錯(cuò)誤；在Δt時(shí)間內(nèi)，噴出氣體整體與探測(cè)器動(dòng)量守恒，有Mv2＝mΔt·v1，探測(cè)器的動(dòng)能為Ek＝eq \f(1,2)Mv22，解得Ek＝eq \f(mP?Δt?2,M)，故C正確，D錯(cuò)誤。
15．(10分) 某小組在探究反沖運(yùn)動(dòng)時(shí)，將質(zhì)量為m1的一個(gè)小液化瓶固定在質(zhì)量為m2的小船上，利用液化瓶向外噴射氣體做為船的動(dòng)力．現(xiàn)把整個(gè)裝置靜止放在平靜的水面上，已知打開液化瓶后向外噴射氣體的對(duì)地速度為v1，如果在Δt的時(shí)間內(nèi)向后噴射的氣體的質(zhì)量為Δm，忽略水的阻力，求：
(1)噴射出質(zhì)量為Δm的氣體后，小船的速度是多少？
(2)噴射出質(zhì)量為Δm氣體的過(guò)程中，小船所受氣體的平均作用力的大小是多少？
【名師解析】：(1)由動(dòng)量守恒定律得
(m1＋m2－Δm)v船－Δmv1＝0
解得：v船＝eq \f(Δmv1,m1＋m2－Δm).
(2)對(duì)噴射出的氣體運(yùn)用動(dòng)量定理得：FΔt＝Δmv1
解得：F＝eq \f(Δmv1,Δt)
由牛頓第三定律得，小船所受氣體的平均作用力大小為F＝eq \f(Δmv1,Δt).
答案：(1)eq \f(Δmv1,m1＋m2－Δm) (2)eq \f(Δmv1,Δt)

16 .一火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m＝200 g的氣體，氣體離開發(fā)動(dòng)機(jī)噴出時(shí)的速度v＝1 000 m/s(相對(duì)地面)．設(shè)火箭質(zhì)量M＝300 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)每秒鐘噴氣20次．
(1)當(dāng)?shù)谌螝怏w噴出后，火箭的速度多大？
(2)運(yùn)動(dòng)第1 s末，火箭的速度多大？
【名師解析】
解法一 (1)噴出氣體運(yùn)動(dòng)方向與火箭運(yùn)動(dòng)方向相反，系統(tǒng)動(dòng)量可認(rèn)為守恒．
設(shè)第一次氣體噴出后，火箭速度為v1，
則(M－m)v1－mv＝0，
解得v1＝eq \f(mv,M－m)；
設(shè)第二次氣體噴出后，火箭速度為v2，
有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1，
解得v2＝eq \f(2mv,M－2m)；
設(shè)第三次氣體噴出后，火箭速度為v3，
有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2，
解得v3＝eq \f(3mv,M－3m)≈2 m/s．
(2)依次類推，設(shè)第n次氣體噴出后，火箭速度為vn，
有(M－nm)vn－mv＝[M－(n－1)m]vn－1，
解得vn＝eq \f(nmv,M－nm)．
因?yàn)槊棵雵姎?0次，所以第1 s末火箭速度為
v20＝eq \f(20mv,M－20m)≈13.5 m/s．
解法二 (1)整體選取研究對(duì)象，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解．
設(shè)噴出三次氣體后火箭的速度為v3，以火箭和噴出的三次氣體為研究對(duì)象，據(jù)動(dòng)量守恒定律得
(M－3m)v3－3mv＝0，
解得v3＝eq \f(3mv,M－3m)≈2 m/s．
(2)以火箭和噴出的20次氣體為研究對(duì)象，
則(M－20m)v20－20mv＝0，
解得v20＝eq \f(20mv,M－20m)≈13.5 m/s．
答案 (1)2 m/s (2)13.5 m/s
17. “嫦娥四號(hào)”飛船在月球背面著陸過(guò)程如下：在反推火箭作用下，飛船在距月面100米處懸停，通過(guò)對(duì)障礙物和坡度進(jìn)行識(shí)別，選定相對(duì)平坦的區(qū)域后，開始以a=2m/s2垂直下降。當(dāng)四條“緩沖腳”觸地時(shí)，反推火箭立即停止工作，隨后飛船經(jīng)2s減速到0，停止在月球表面上。飛船質(zhì)量m=1000kg，每條“緩沖腳”與地面的夾角為60°，月球表面的重力加速度g=3.6m/s2，四條緩沖腳的質(zhì)量不計(jì)。求：
（1）飛船垂直下降過(guò)程中，火箭推力對(duì)飛船做了多少功；
（2）從反沖腳觸地到飛船速度減為0的過(guò)程中，每條“緩沖腳”對(duì)飛船的沖量大小。
【參考答案】(1) W=?1.6×105J；(2) I=1360033N?s
【名師解析】(1)設(shè)?=100m
飛船加速下降時(shí)火箭推力F：mg?F=ma
推力對(duì)火箭做功為：W=?F?
解得：W=?1.6×105J；
(2)t=2s，a=2m/s2反沖腳觸地前瞬間，飛船速度大小為：v2=2a?
從反沖腳觸地到飛船速度減為0的過(guò)程中，每條“反沖腳”對(duì)飛船的沖量大小為：
4Isin60?mgt=mv
解得：I=1360033N?s。
作用原理
反沖運(yùn)動(dòng)是系統(tǒng)內(nèi)物體之間的作用力和反作用力產(chǎn)生的效果
動(dòng)量守恒
反沖運(yùn)動(dòng)中系統(tǒng)不受外力或內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以反沖運(yùn)動(dòng)遵循動(dòng)量守恒定律
機(jī)械能增加
反沖運(yùn)動(dòng)中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加

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