2025版新教材高中物理第一章動量與動量守恒定律專項1應用動量定理處理“流體模型”的作用力的問題課時作業(yè)教科版選擇性必修第一冊

專項1應用動量定理處理“流體模型”的作用力的問題提實力1.某次大雨天，小振同學想估算一下當時下雨的雨滴對傘面產生的平均撞擊力．于是他去試驗室借來一個圓柱形容器置于露天空地上，測得30分鐘內容器中水位上升了90mm，不考慮當時風的影響，可認為雨滴以10m/s的速度豎直落向地面，現(xiàn)在假設雨滴撞擊傘面后無反彈，已知雨水的密度為1×103kg/m3，傘面的面積約為0.8m2，請依據(jù)上述條件估算當時雨水對傘面的平均撞擊力最接近()A．0.05NB．0.08NC．0.4ND．5N2．2024年6月17日，我國神舟十二號載人飛船放射勝利，3名航天員進駐“天宮號”空間站的“天和號”核心艙，標記著我國空間站建設進入新階段．如圖所示，“天和號”核心艙垂直于運動方向的橫截面面積約為9m2，以第一宇宙速度v＝7.9×103m/s運行，核心艙經過某段宇宙塵埃區(qū)時塵埃會附著于艙體外表，已知每個塵埃(初速度可忽視)的質量m＝1.5×10－7kg，為維持軌道高度不變，須要開啟艙外發(fā)動機增加約170N的推力，則該區(qū)域每立方米空間內的塵埃數(shù)大約為()A．2×106個B．16個C．14×104個D．2個3．運動員在水上做飛行運動表演．他操控噴射式懸浮飛行器將水帶豎直送上來的水反轉180°后向下噴出，令自己懸停在空中，如圖所示．已知運動員與裝備的總質量為90kg，兩個噴嘴的直徑均為10cm，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，則噴嘴處噴水的速度大約為()A．2.7m/sB．5.4m/sC．7.6m/sD．10.8m/s4．福建屬于臺風頻發(fā)地區(qū)，各類戶外設施建設都要考慮臺風影響．已知10級臺風的風速范圍為24.5m/s～28.4m/s，16級臺風的風速范圍為51.0m/s～56.0m/s.若臺風迎面垂直吹向一固定的交通標記牌，則16級臺風對該交通標記牌的作用力大小約為10級臺風的()A．2倍B．4倍C．8倍D．16倍5．某市消防救援指揮中心接到報警稱：某小區(qū)某號樓4層起火．如圖所示，消防員用高壓水槍噴出的強力水柱沖擊著火物時，設水柱直徑為D，以水平水流速度v垂直射向著火物，水柱沖擊著火物后速度為零．高壓水槍的質量為M，消防員手持高壓水槍操作，進入水槍的水流速度忽視不計，水的密度為ρ，下列說法正確的是()A．水槍的流量為eq\f(1,2)πvD2B．水槍的功率為eq\f(1,8)πρD2v3C．水柱對著火物的沖擊力為eq\f(1,8)πρD2v2D．向前水平噴水時，消防員對水槍的作用力方向向后且斜向上方專項1應用動量定理處理“流體模型”的作用力的問題1．答案：C解析：設傘面對雨滴的平均作用力大小為F，t時間內與傘面發(fā)生相互作用的雨水的質量為m，依據(jù)動量定理有－Ft＝0－mv，依據(jù)雨水的密度公式可知m＝ρV＝ρSh，聯(lián)立解得F＝ρSveq\f(h,t)，由題意可知eq\f(h,t)＝eq\f(90×10－3,30×60)m/s＝5×10－5m/s，聯(lián)立解得F＝0.4N，依據(jù)牛頓第三定律可知，雨水對傘面的平均撞擊力大小為0.4N，故選C.方法總結：“流體”類問題求解的基本思路：(1)在極短時間Δt內，取一小柱體作為探討對象．(2)小柱體的體積ΔV＝v0SΔt.(3)小柱體質量Δm＝ρΔV＝ρv0SΔt.(4)小柱體的動量改變Δp＝Δm·Δv＝ρv0SΔt·(v2－v1).(5)應用動量定理FΔt＝Δp.2．答案：D解析：設該區(qū)域每立方米空間內的塵埃數(shù)為n個，則在Δt時間內有vΔtSn個塵埃附著于飛船上，對塵埃，由動量定理可得FΔt＝vΔt·Snmv，代入數(shù)據(jù)解得n≈2個，D正確．3．答案：B解析：設飛行器對水的作用力為F，依據(jù)牛頓第三定律可知，水對飛行器的作用力的大小也等于F，對飛行器，依據(jù)平衡條件有F＝Mg設水噴出時的速度為v，在時間t內噴出的水的質量為Δm＝ρV＝2ρSvt又有S＝eq\f(πd2,4)對噴出的水應用動量定理有Ft＝Δm·2v聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得v≈5.4m/s故A、C、D錯誤，B正確．4．答案：B解析：設空氣的密度為ρ，臺風迎面垂直吹向的固定的交通標記牌的橫截面積為S，在時間Δt內吹向交通標記牌的空氣質量Δm＝ρSv·Δt，假定臺風迎面垂直吹向固定的交通標記牌的末速度變?yōu)榱悖瑢︼L，由動量定理有－F·Δt＝0－Δmv，可得F＝ρSv2，10級臺風的風速v1≈26m/s，16級臺風的風速v2≈53m/s，則有eq\f(F2,F1)＝eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))≈4，故B正確，A、C、D錯誤．5．答案：B解析：設Δt時間內從水槍噴出的水的體積為ΔV，質量為Δm，由Δm＝ρΔV，ΔV＝SvΔt＝eq\f(1,4)πD2vΔt，則水槍的流量為eq\f(1,4)πvD2，單位時間噴出水的質量為eq\f(Δm,Δt)＝eq\f(1,4)πρvD2，Δt時間內水槍噴出的水的動能Ek＝eq\f(1,2)v2Δm＝eq\f(1,8)πρD2v3Δt，則水槍在此期間對水做功W＝Ek＝eq\f(1,8)πρD2v3Δt，水槍的功率P＝eq\f(W,Δt)＝eq\f(1,8)πρD2v3，A錯誤，B正確；在極短時間Δt′內噴到著火物上水的質量為m，設著火物對水柱的作用力為F，由動量定理得FΔt′＝mv，Δt′時間內噴到著火物上水的質量m＝eq\f(1,4)ρπD2vΔt′，解得F＝eq