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.
| A. | 医学上用的内窥镜用来检査人体胃、肠、气管等赃器的内部,内窥镜的连线是用光导纤维制成的,利用了光的全反射原理 | |
| B. | 利用双缝干涉实验装置,测出双缝到屏的距离L,n个亮条纹间的距离a及双缝之间的距离d,可算出入射光波长λ=$\frac{ad}{nL}$ | |
| C. | 光的偏振现象应用很广,比如电子表的液晶显示就用到了偏振现象 | |
| D. | 在同一种物质中,不同波长的光传播速度不同,波长越短,传播速度越慢 | |
| E. | 当障碍物或孔的尺寸比光的波长大很多时,光可以发生明显的衍射现象 |
| A. | 所有频率的光都会被氢原子吸收 | |
| B. | 氢原子只能吸收某些特定频率的光 | |
| C. | 一个氢原子不可能同时吸收几个光子 | |
| D. | 氢原子吸收能量较大的光子后可能会发生电离 | |
| E. | 氢原子吸收光子跃迁到新的定态后,电子的动能变大 |