《2022届高三物理二轮常见模型与方法综合特训专练》专题15 有关动量的流体模型和人船模型（解析版）

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2022 届高三物理二轮常见模型与方法综合特训专练
专题 15 有关动量的流体模型和人船模型
专练目标 专练内容
目标 1流体模型（1T—8T）
目标 2人船模型（9T—15T）
【典例专练】
一、流体模型
1．11 月18 日14 时02 分，某市消防救援指挥中心接到报警称：某区某街道某路某号 4楼起火。14 时17
分，70 名指战员到达现场，经侦查，起火建筑为 5层钢筋混凝土建筑，4楼起火向 3楼和 5楼蔓延，15 时
10 分火势得到有效控制，15 时48 分火势被扑灭，如图所示，用高压水枪喷出的强力水柱冲击着火物时；
设水柱直径为 D，以水平水流速度 v垂直射向着火物，水柱冲击着火物后速度为零。高压水枪的质量为
M，消防员手持高压水枪操作，进入水枪的水流速度忽略不计，水的密度为 ，下列说法正确的是（　
　）
A．水枪的流量为
B．水枪的功率为
C．水柱对着火物的冲击力为
D．向前水平喷水时，消防员对水枪的作用力方向向后且斜向上方
【答案】B
【详解】A．设 时间内，从水枪喷出的水的体积为 ，质量为 ，则 ；
A错误；
B．单位时间喷出水的质量为 ， 时间内水枪喷出的水的动能为
知高压水枪在此期间对水做功为 高压水枪的功率为 ，B正确；
C．考虑一个极短时间 ，在此时间内喷到着火物上水的质量为 m，设着火物对水柱的作用力为 F，由动
量定理得 ， 时间内冲到着火物上水的质量为 解得 由牛顿第三定
律可知，水柱对着火物的平均冲力为 ，C错误；
D．当高压水枪向前喷出高压水流时，水流对高压水枪的作用力向后，由于高压水枪有重力，根据平衡条
件。手对高压水枪的作用力方向斜向前上方，D错误。故选 B。
2．“水上飞人运动”是一项新兴运动形式。操控者借助“喷射式悬浮飞行器”向下喷射高压水柱的方式
实现在水面上方或悬停或急速升降等动作。假设某玩家（含设备）质量为 M，底部两个喷口的总面积为
S，忽略空气阻力和管道（含装置）对人的作用，下列说法正确的是（　　）
A．当装置向下喷水时，人将沿着喷水的反方向做直线运动
B．若要悬停在空中，向下喷水的水速应为
C．当人匀速上升时，人所受的合外力做的总功为 0
D．若要实现向上以加速度 a加速运动，向下喷水的水速应为
【答案】C
【详解】C．由于人匀速上升，动能不变，根据功能关系，合力做功引起动能变化，所以合力做的总功为
0，故 C正确；
B．人（含设备）悬停在空中，对人（含设备）受力分析有 以 时间的水柱为研究对象，根据动量
定理 即， 所以水速应为 故 B错误；
D．同理，向上加速，则 ， ， 所以 故 D错误；
A．由于不知道人的初始状态，向下喷水时，即可能向上运动，也可能向下运动，故 A错误。
故选 C。
3．2021 年7月4日，神舟十二号航天员刘伯明、汤洪波从空间站天和核心舱节点舱成功出舱，身上穿着
我国自主研制的“飞天”舱外航天服，航天服内置微型喷气发动机和操纵系统，相当于微型载人航天器，
未来有一天，航天员登陆月球，在月球表面悬停。已知航天服连同人和装备的总质量为 m，喷气口的横截
面积为 S，气体的密度为 ，且气体喷出前的速度为零，月球的质量为 M，月球的半径为 R，引力常量为
G。要使航天员能在月球表面悬停，则单位时间内喷射的气体的质量为（　　）
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