题目内容

9．某飞行器在20000m高度水平匀速飞行，防空系统启动质量m=100kg的防空导弹，导弹的火箭发动机在制导系统控制下竖直向下喷气，使导弹由静止以a=10g（g=10m/s2）的加速度竖直向上匀加速上升至5000m高度，喷气方向变为与竖直方向成θ角（cosθ=$\frac{1}{11}$）斜向下，导弹做曲线运动，直至击中该飞行器．假设导弹飞行过程中火箭推力大小恒定，且不考虑导弹质量变化及空气阻力，导弹可视为质点，试求：
（1）火箭喷气产生的推力大小；
（2）导弹从发射到击中该飞行器所用的时间及水平位移的大小．（计算结果可以用分数和根式表示）

分析 （1）根据牛顿第二定律求火箭喷气产生的推力．
（2）导弹先竖直向上做匀加速运动，由位移公式求出此过程的时间．喷气方向变为与竖直方向成θ角（cosθ=$\frac{1}{11}$）斜向下后导弹做曲线运动，由于Fcosθ=mg，说明导弹竖直方向做匀速直线运动，再求出匀速运动的时间，从而得到总时间．在升至5000m高空后，导弹在竖直方向做匀速运动，水平方向做匀加速运动，由牛顿第二定律和速度公式结合求出导弹击中敌机时水平分速度，再求水平位移．

解答 解：（1）对导弹，由牛顿第二定律得：
F-mg=ma
解得火箭喷气产生的推力为：
F=m（g+a）=100×（10+100）N=11mg=1.1×104N
（2）导弹竖直向上做匀加速直线运动的过程，有
  h1=$\frac{1}{2}a{t}_{1}^{2}$，得 t1=$\sqrt{\frac{2{h}_{1}}{a}}$=$\sqrt{\frac{2×5000}{10×10}}$s=10s
由于推力改变方向后，由于 Fcosθ=11mg×$\frac{1}{11}$=mg
所以导弹在竖直方向上作匀速运动，运动时间为
  t2=$\frac{H-{h}_{1}}{{v}_{y}}$
又 vy=at1=100×10=1000m/s，H=20000m
联立解得 t2=15s
故t总=t1+t2=25s
在5000m高处之后，导弹在竖直方向作匀速运动，水平方向作匀加速运动，则水平方向有：
Fsinθ=max，sinθ=$\sqrt{1-co{s}^{2}θ}$=$\frac{2\sqrt{30}}{11}$
解得：ax=20$\sqrt{30}$m/s2；
导弹击中飞机时水平位移为 xx=$\frac{1}{2}$axt22=2250$\sqrt{30}$m
答：（1）火箭喷气产生的推力大小是1.1×104N；
（2）导弹从发射到击中该飞行器所用的时间是25s，水平位移的大小是2250$\sqrt{30}$m．

点评 本题是实际问题，关键要建立物理模型，简化过程，运用运动的分解法研究曲线运动，结合牛顿第二定律和运动学公式研究．

练习册系列答案
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（1）为了提高测量结果的准确度，选用的器材BCDFHI（填序号字母）
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