解析:把小球m和物体M作为一个系统,因水平面光滑,故系统水平方向不受外力,水平方向动量守恒(注意:此题小球运动过程中,竖直方向合力不为零,总动量不守恒).又因为小球滚到最高点时,小球和圆槽水平方向有共同速度(若速度不同,还要相对运动,还不是最高点)由水平方向动量守恒得:0=(M+m)v′,所以v′=0,故选项A正确.
答案:A
9.一航天器完成对月球的探测任务后,在离开月球的过程中,由静止开始沿着与月球表面成一倾角的直线飞行,先加速运动,再匀速运动,探测器通过喷气而获得推动力,以下关于喷气方向的描述中正确的是( )
A.探测器加速运动时,沿直线向后喷气
B.探测器加速运动时,竖直向下喷气
C.探测器匀速运动时,竖直向下喷气
D.探测器匀速运动时,不需要喷气
解析:探测器加速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力沿加速方向直线前进,选项A、B错误;探测器匀速运动时,通过喷气获得的推动力与月球对探测器的引力的合力为零,根据反冲运动的特点可知选项C正确,选项D错误.
答案:C
10.一个静止的质量为M的不稳定原子核,放射出一个质量为m的粒子,粒子离开原子核时相对于核的速度为v0,则原子核剩余部分的速率等于多少?
解析:该题是一个反冲运动现象的问题,遵循动量守恒定律,关键是确定好粒子和剩余部分相对地的速率.应用动量守恒定律时,各个速度是对同一参考系的.
设剩余部分对地的速率为v′,若规定粒子运动方向为正方向,则剩余部分的动量为-(M-m)v′,粒子对地速率为(v0-v′).
由动量守恒定律得:0=m(v0-v′)-(M-m)v′,
解得:v′=.
11.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2×10-4m3/s,喷出速度保持为对地10 m/s.启动前火箭总质量为1.4 kg,则启动2 s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.
解析:"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2 s末的速度为v′== m/s=4 m/s.
12.一个连同装备共有100 kg的宇航员,脱离宇宙飞船后,在离飞船45 m处,与飞船处于相对静止状态.他带着一个装有0.5 kg氧气的贮氧筒,贮氧筒有个可以使氧气以50 m/s的速度喷出的喷嘴.宇航员必须向着与返回飞船相反的方向释放氧气,才能回到飞船上去,同时又必须保留部分氧气供他在飞回飞船的途中呼吸.宇航员呼吸的耗氧率为2.5×10-4kg/s,如果他在开始返回的瞬时释放0.1 kg的氧气,则他能安全返回飞船吗?
解析:反冲运动中动量守恒,根据动量守恒定律计算出宇航员释放氧气后获得的反冲速度.
宇航员释放氧气后获得的反冲速度为v1,喷出氧气的速度为v2,由动量守恒定律得 (M-m)v1-mv2=0,
宇航员释放氧气后获得的反冲速度为