高三物理解答题中等难度题
火箭是利用反冲原理工作的重要航天运输工具。
(1)我国长征3号甲火箭在起飞阶段,通过发动机喷射气体而获得的反冲力约为火箭总重量的2倍左右。假设在它刚刚起飞后竖直上升的某时刻,火箭的速度大小为v,在此后一个较短的时间t内,发动机喷出的气体质量为△m,喷出的气体相对于地面的速度方向向下,大小为u,求这一段时间内火箭受到的反冲力大小。(计算时忽略喷出气体的重力大小,且认为此段时间内火箭受到的反冲力大小不变)
(2)火箭有单级和多级之分,多级火箭就是把火箭一级一级地接在一起,第一级燃料用完之后把箭体抛弃,减轻负担,然后第二级开始工作,燃料用完之后再把第二级抛弃……,因此从理论上讲,多级火箭能比单级火箭获得更大的速度。
某同学分别建立了以下两个力学模型来粗略地模拟单级火箭和二级火箭在水平飞行时的工作过程,如图甲、乙所示。甲图中的光滑水平面上并排静止放置有质量分别为2m和m的两个物块A、B,它们之间粘有微量的炸药C,爆炸时释放出的能量为2△E;乙图中光滑水平面上并排静止放置有质量均为m的三个物块D、F、G,D、F之间和F、G之间分别粘有微量的炸药P和Q,通过控制使炸药Q先爆炸,炸药P后爆炸,Q和P爆炸时释放出的能量均为△E。所有炸药的质量都忽略不计,爆炸的时间极短,爆炸产生的能量都转化为机械能,爆炸后所有物块的速度方向在同一直线上。求所有的爆炸都发生后物块D的速度是物块A的速度的倍数。
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为完成某种空间探测任务,需要在太空站上发射空间探测器,探测器通过向后喷气而获得反冲力使其加速。已知探测器的质量为M,每秒钟喷出的气体质量为m,喷射气体的功率恒为P,不计喷气后探测器的质量变化。则( )
A. 喷出气体的速度为
B. 喷出气体的速度为
C. 喷气Δt秒后探测器获得的动能为
D. 喷气Δt秒后探测器获得的动能为
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航天器离于发动机原理如图所示,首先电子枪发射出的高速电子将中性推进剂离子化 (即电离出正离子),正离子被正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出,从而使飞船获得推进或姿态调整的反冲动力。已知单个正离子的质量为m,电荷量为q,正、负极栅板间加速电压为U,从喷口喷出的正离子所形成的电流为I。忽略离子间的相互作用力,忽略离子喷射对卫星质量的影响。该发动机产生的平均推力F的大小为
A. B. C. D.
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嫦娥五号探测器是我国研制中的首个实施无人月面取样返回的航天器,预计在2017年由长征五号运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空,自动完成月面样品采集,并从月球起飞返回地球,航天器返回地球开始阶段运行的轨道可以简化为:发射时,先将探测器发射至近月圆轨道1上,然后变轨到椭圆轨道2上,最后由轨道2进入圆形轨道3,忽略介质阻力,则以下说法正确的是( )
A.探测器在轨道2上经过近月点A处的加速度大于在轨道1上经过近月点A处的加速度
B.探测器在轨道2上从近月点A向远月点B运动的过程中速度减小,机械能增大
C.探测器在轨道2上的运行周期小于在轨道3上的运行周期,且由轨道2变为轨道3需要在近月点A处点火加速
D.探测器在轨道2上经过远月点B处的运行速度小于在轨道3上经过远月点B处的运行速度
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某小组在探究反冲运动时,将质量为m1一个小液化瓶固定在质量为m2的小球具船上,利用液化瓶向外喷射气体做为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化汽瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在△t的时间内向后喷射的气体的质量为△m,忽略水的阻力,则
①喷射出质量为△m的液体后,小船的速度是多少?
②喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是多少?
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某小组在探究反冲运动时,将质量为m1一个小液化瓶固定在质量为m2的小球具船上,利用液化瓶向外喷射气体做为船的动力。现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化汽瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在△t的时间内向后喷射的气体的质量为△m,忽略水的阻力,则
①喷射出质量为△m的液体后,小船的速度是多少?
②喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用力的大小是多少?
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最近,我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功,这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展.若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s,产生的推力约为4.8×106 N,则它在1 s时间内喷射的气体质量约为
A.1.6×102 kg B.1.6×103 kg C.1.6×105 kg D.1.6×106 kg
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在地球大气层外的空间中,当同步卫星在其参考位置附近飘移时,可以利用离子推进器产生的推力进行卫星姿态的控制和轨道的修正。离子推进器的工作原理是先将推进 剂电离,并在强电场作用下将离子加速喷出,通过反冲运动获得推力。如图所示为离子推进器的示意图:推进剂从P处进入,在A处电离成正离子,BC是加速电极,离子在BC间的加速电压的作用下,从D喷出。己知该正离子的比荷(电荷量与质量之比)为k,经电压为U的电场加速后形成电流强度为I的离子束。若离子进入B的速度很小,可忽略不计。求:
(1)离子从D喷出的速度;
(2)同步卫星获得的推力。
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