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
相关题目
12.二极管是一种半导体元件,它的符号为,其特点是具有单向导电性#,即电流从正极流入时电阻比较小,而从负极流入时电阻比较大;
(1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线,因二极管外壳所印的标识模糊,为判断该二极管的正、负极,他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反向电阻;其步骤是:将选择开关旋至合适倍率,进行欧姆调零,将黑表笔接触二极管的左端,红表笔接触右端时,指针偏角比较小; 然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量,指针偏角比较大,由此判断右端为二极管的正极(选填“左”、“右”);

(2)厂家提供的伏安特性曲线如图1;为了验证厂家提供的数据,该小组对加反向电压时的伏安特性曲线进行了描绘,可选用的器材有:
A.直流电源E:电动势5V,内阻忽略不计;
B.直流电源E:电动势7V,内阻忽略不计;
C.滑动变阻器R:0-20Ω;
D.电压表V1:量程45V,内阻约500kΩ;
E.电压表 V2:量程3V,内阻约20kΩ;
F.电流表uA:量程300uA,内阻约400Ω;
G.电流表mA:量程50mA,内阻约5Ω;
D.待测二极管D;
I.单刀单掷开关H,导线若干
(1)为了提高测量结果的准确度,选用的器材BCDFHI(填序号字母)
(2)为了达到测量目的,请在图2虚线框内画出正确的实验电路原理图;
(3)为了保护二极管,反向电压不要达到40V,请你对本实验的设计或操作提出一条合理的建议:在二极管支路串入一阻值合适的分压电阻起保护作用.

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网