- 反冲运动:火箭
- 共54题
如图所示,在光滑水平面上有A、B两辆小车,水平面的左侧有一竖直墙,在小车B上坐着一个小孩,小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态,小孩把A车以相对于地面的速度v推出,A车与墙壁碰后仍以原速率返回,小孩接到A车后,又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出,A车相对于地面的速度都是v,方向向左。则小孩把A车推出几次后,A车返回时小孩不能再接到A车?
正确答案
解:设第一次、第二次、…、第n次作用后,车B的速度为v1,v2,…,vn,每次作用,车A与车B动量守恒,从而得到
0=10mv1-mv ① (A、B第1次作用)
10mv1+mv=10mv2-mv ② (A、B第2次作用)
10mv2 +mv=10mv3-mv ③ (A、B第3次作用)
………
10mvn-1+mv=10mvn-mv (A、B第n次作用)
把n式相加得:(n—1)mv= 10mvn-nmv
即得:vn= v≥v
则n≥5.5, n取整数,n=6次后,车A返回时,小孩接不到车A
巧解:对A、B系统,所受合外力就是墙的弹力.这个弹力每次产生冲量大小为2mv,要使B不再接到A,必须vA≤vB.这里先取一个极限值vA=vB=v,则:
根据动量定理,n2mv=(M+m)v
将M=10m代入解得n=5.5,所以推6次即可
如图所示,一个质量为m的玩具蛙,蹲在质量为M的小车的细杆上,小车放在光滑的水平桌面上,若车长为L,细杆高为h,且位于小车的中点,试求:当玩具蛙最小以多大的水平速度v跳出,才能落到桌面上。
正确答案
解:玩具蛙跳出后做平抛运动,运动时间为
玩具蛙与车水平方向动量守恒,由平均动量可知:mx=M
蛙的最小速度为
上面三式联立可求出
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2×10-4 m3/s,喷出速度保持为对地10 m/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阻力不计,水的密度是103 kg/m3。
正确答案
解:“水火箭”喷出水流做反冲运动,设火箭原来总质量为M,喷出水流的流量为Q,水的密度为ρ,水流的喷出速度为v,火箭的反冲速度为v',由动量守恒定律得
(M-ρQt)v'=ρQtv
火箭启动后2s末的速度为=4 m/s
平静的水面上有一载人小船,船和人的共同质量为M,站立在船上的人手中拿一质量为m的物体,起初人相对船静止,船、人、物以共同速度v0前进。当人相对于船以速率u向相反方向将物体抛出后,人和船的速度为多大?( 水的阻力不计)
正确答案
v0-mu/(M+m)
用火箭发射人造卫星,假设最后一节火箭的燃料用完后,火箭壳体和卫星一起以速度v=7.0×103 m/s绕地球做匀速圆周运动。已知卫星质量m1=500 kg,最后一节壳体的质量m2=100 kg,某时刻火箭壳体与卫星,分离时在轨道的切线方向上,卫星的速度比火箭壳体大Δv=1.8×103 m/s,求分离后卫星和壳体的速度分别为多大?
正确答案
解:设分离后卫星与火箭壳体的速度分别为v1和v2,分离过程中系统在轨迹的切线方向上动量守恒,有:
(m1+m2)v=m1v1+m2v2
又因v1=v2+Δv
联立解得:v1=7.3×103 m/s,v2=5.5×103 m/s
总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为,方向水平。释放后火箭立即向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气,火箭相对于地面的速度变为多大?
正确答案
质量M=100 kg的小船静止在平静的水面上,船的左右两端载着质量分别为m甲=40 kg,m乙=60 kg的两人甲和乙。现在同一水平线上甲朝左,乙朝右,同时以相对于岸以v甲=v乙=3 m/s的速度水平地跳入水中,忽略水对船的阻力,求两人跳离船时小船运动的速度v的大小和方向。
正确答案
解:取小船和甲、乙两人组成的系统为研究对象,由于F合=0,所以人跳离船的前后的整个过程系统的动量守恒。取水平向左为正方向,对系统在上述过程,由动量守恒定律有:0=Mv+m甲v甲-m乙v乙解得,方向水平向左
总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为υ0,方向水平。刚释放时火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气,火箭相对于地面的速度变为多大?
正确答案
【选修3-5选做题】
2011年,各国军队最引人瞩目者,无疑是频密的军事演习。在某次演习中,有一门旧式大炮在平坦的地面上(可看作光滑)以V=5m/s的速度匀速前进,炮身质量为M=1000kg,现将一质量为m=25kg的炮弹,以相对炮身的速度大小u=600m/s与V反向水平射出,求射出炮弹后炮身的速度V'。
正确答案
解:以地面为参考系,设炮车原运动方向为正方向,根据动量守恒定律有:
(M+m)V=MV'+m[ ─(u─V')]
解得
一气球连同装置的总质量为M,悬停于空中,某一时刻气球中一个质量为m的零件脱落,零件下落处离地面高为H,不计空气阻力,在零件从开始下落到某位置时,用时恰为全程时间的一半,此时气球速度大小为___________。
正确答案
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