热点02 航天强国-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（广东专用）

热点02 航天强国 近年来，我国航天事业得到了迅速发展，天体运动与生活、生产、科技结合的情境中，还常与功和能、电场和磁场等知识综合进行考查。 （建议用时：40分钟） 匀变速直线运动 1．（24-25高一上·吉林·阶段练习）深蓝航天是国内唯一一家实现液氧煤油垂直起降可回收复用的火箭公司，回收复用运载火箭是未来火箭技术发展的制高点，具备强大商业价值和社会价值。某次发射测试如图甲所示，地面测控系统测出火箭竖直起降过程中速度v随时间t变化规律如图乙所示，时刻火箭回到地面，则下列说法正确的是（　　） A．时刻火箭上升到最高位置 B．时间内，火箭的加速度先减小后增大 C．在时间与时间内所围图形面积大小不相等 D．时刻火箭上升高度达到最大 2．（23-24高二下·湖北武汉·期末）神舟十八号载人飞船于2024 年 4月 25 日 20时58分57秒在酒泉卫星发射中心发射，然后神舟十八号飞船与离地面高约390km的天宫实验室对接，航天员乘组将在空间站驻留约6个月。经过一系列航天实验后，中国载人航天工程办公室计划在2030年前实现载人登月。下列说法正确的是（　　） A．神舟十八号飞行高度很高，在研究其对接时可以视作质点 B．“2024 年 4月 25 日 20时58分 57 秒”是时间间隔 C．神舟十八号飞船飞行的路程约为 390 km D．中国人登月后可以验证物体下落快慢与物体质量无关 3．（23-24高三上·江西上饶·阶段练习）如图甲所示为中国航天科技集团有限公司研制的火箭助推器回收画面。火箭发射后，助推器点火提供向上的推力，到达某一高度后与火箭分离，并立即关闭助推器上的发动机，在接近地面某处重启发动机减速并使助推器的速度在着陆时为零。从火箭发射开始计时，助推器上速度传感器测得助推器竖直方向的速度如图乙所示，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．和过程助推器的位移大小相等 B．时刻助推器与火箭分离并关闭发动机 C．过程中助推器处于超重状态 D．若，则可能 4．（2024·河南·模拟预测）经过几代航天人的不懈奋斗，我国对深空探测的脚步越来越快，祝融号火星车的成功着陆预示着人类在不久的将来有望登陆火星。于是小李同学大胆设想用如图甲所示装置测火星表面的重力加速度，进而间接测量火星的质量。光电门固定在铁架台上，光电门通过光电传感器与AI连接，整个装置固定在火星表面。通过轻绳相连的a、b两个完全相同的小球距离铁架台底座足够高，a球通过电磁铁固定在光电门正上方（图中没有画出），连接两球的轻绳长度为L。已知火星的半径为R，绳长远大于球直径，引力常量为G。 (1)实验前用螺旋测微器测量小球直径，如图乙所示，则小球的直径D= mm； (2)两球静止在光电门正上方，然后控制电磁铁由静止释放a球，AI将b球和a球通过光电门时的遮光时间数据传输到地球，小李收到b球和a球通过光电门的时间分别为t1、t2，则b球通过光电门时，a球的速度大小为v1= ，火星表面的重力加速度g= ，火星的质量为 （用题中物理量符号表示）。 5．（24-25高一上·天津南开·期中）2021年9月17日，神舟十二号返回舱载着三名出差太空长达3个月时间的宇航员，顺利着陆，落点精准，这是中国迈向航天强国的重要标志。设返回舱离地面高度H=4250m时打开减速降落伞，返回舱以初速度v0=200m/s、加速度大小a1=4m/s2竖直向下做匀减速直线运动，经t=25s后启动反推发动机，返回舱继续以大小为a2的加速度竖直向下做匀减速直线运动，最终以v=10m/s的速度实现安全着陆。求： (1)启动反推发动机瞬间，返回舱的速度v1的大小； (2)启动反推发动机瞬间，返回舱离地面的高度h； (3)启动反推发动机后，返回舱的加速度a2的大小。 6．（24-25高一上·重庆·阶段练习）2024年9月11日12时，我国自主研发的朱雀三号VTVL-1在酒泉卫星发射中心圆满完成十公里级垂直起降返回飞行试验，该次任务是国内首次实现垂直起降返回火箭空中二次点火、跨音速大动压环境下“栅格舵-冷气姿控-发动机”联合制导控制，以及高空风实时风修技术工程化应用等技术验证，标志着我国商业航天在可重复使用运载火箭技术上取得重大突破。小巴同学自制水火箭模拟火箭的运动，可视为质点的水火箭最初静止于地面上，随着上升过程中水的消耗，火箭上升的加速度按如下规律逐渐增加：第n秒内加速度为，即0~1s：，1~2s：…且每一秒内火箭均做匀加速直线运动。水火箭在第5秒末耗尽箭体内的水，然后做竖直上抛运动到达最高点，紧接着火箭自由下落2秒后遥控打开降落伞减速，开伞后最初一段距离内火箭速度v与开伞后下降的距离x之间满足关系式：，其中C为特定常数，开伞后下降距离d后以5m/s的速度匀速下降直到落地，为了简便计算，可以忽略在开伞前受到的空气阻力，。求： (1)水火箭第5秒末的速度大小； (2)水火箭上升的离地最大高度； (3)常数C的值、开伞后下降距离d及水火箭从发射到落回地面所用的时间。 相互作用 7．《中国制造2025》提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标．其中，到2025年迈入制造强国行列是第一阶段目标．中国无人机制造公司大疆是中国制造的优秀代表，其创新的无人机产品在美国商用无人机市场占据领先地位，市场份额达47%，遥遥领先于排名第二的竞争对手．而在全球商用无人机市场中，大疆更是独领风骚，一举夺得近70%的市场份额．如图所示为四旋翼无人机，它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前得到越来越广泛的应用．一架质量为m＝3 kg的无人机，其动力系统所能提供的最大升力F＝40 N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f＝4 N．该款无人机电池容量为4 480 mA·h，在提供最大升力的情况下能持续工作约20分钟．g取10 m/s2.以下说法正确的是(         ) A．无人机从静止开始以最大升力竖直起飞，t＝3 s时离地高度为h＝54 m B．无人机以最大升力工作时电流大约为6 A C．无人机悬停在H＝156 m处，由于动力设备故障，无人机突然失去动力竖直坠落(俗称炸机)，坠地时速度为52 m/s D．无人机因动力设备故障坠机的过程中机械能守恒 8．（2024·广东·模拟预测）2024年9月，我国的“朱雀三号”可重复使用火箭进行了可回收运载火箭的试验，为将来降低航天发射成本奠定了坚实基础。有关火箭的运动，下列说法正确的是（　　） A．火箭向上飞行则处于超重状态 B．火箭向下飞行则处于失重状态 C．火箭在加速向上时处于失重状态 D．火箭在减速下降时处于超重状态 9．（23-24高三上·重庆沙坪坝·阶段练习）2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，我国载人航天工程发射任务实现30战30捷。如图所示，下列关于火箭在竖直方向加速起飞过程的分析，正确的是（　　） A．一级火箭的燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动 B．火箭加速上升时，火箭里面的航天员对座椅的压力小于自身重力 C．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度 D．火箭喷出的气流对火箭的作用力大于火箭对喷出的气流的作用力 10．（23-24高一上·吉林·期末）北京时间2022年11月12日10时03分，搭载天舟五号货运飞船的运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射，飞船与火箭最终成功分离并进入预定轨道，下列说法正确的是（　　）    A．火箭发射时货运飞船处于失重状态 B．只要建立二维坐标系就可以精准确定火箭位置 C．进入太空后，货运飞船内的货物不再具有惯性 D．飞船与火箭分离前，以火箭为参考系，飞船是静止的 11．（24-25高三上·山西长治·阶段练习）2024年9月11日l8时，蓝箭航天自主研发的“朱雀三号”可重复使用垂直回收试验箭，在酒泉卫星发射中心点火升空，完成了10公里级以及发动机空中二次点火回收试验。点火后火箭匀加速上升，经113s发动机关闭火箭匀减速上升，到达最高点时距地面10050m。之后，火箭从最高点开始匀加速下落40s时，到达距地面4690m处，此时发动机二次点火使得“朱雀三号”匀减速下降，到达地面时速度刚好减为0。整个过程历时200s，火箭着陆平稳，落点准确，状态良好，试验任务取得圆满成功！设火箭整个运动过程中所受的空气阻力大小始终保持不变，取，求“朱雀三号” (1)匀加速下落40s内空气阻力与重力比值； (2)加速上升过程中发动机推力与重力比值。 12．（23-24高二下·浙江·期中）2024年3月20日8时31分，探月工程四期鹊桥二号中继星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空，3月25日顺利进入环月轨道。若某次发射过程中，火箭及其卫星总质量为200吨，总长为50m，发射塔高115.2m，点火后经6.4s火箭离开发射塔。假设火箭离开发射塔的过程中做匀加速运动，忽略空气阻力和运载火箭质量的变化，取重力加速度大小。求： （1）火箭离开发射塔瞬间的速度大小； （2）火箭起飞时推动力大小； （3）若火箭刚离开发射塔瞬间，某个发射用到的部件完成使命要从火箭尾部自然脱落（脱落后只考虑重力作用），求该零件脱落后经多长时间落地。 曲线运动 13．（2024·四川成都·二模）2023年春节，改编自刘慈欣科幻小说的电影——《流浪地球2》在全国上映。电影中的太空电梯场景非常震撼，如图甲所示。太空电梯的原理并不复杂，与生活中的普通电梯十分相似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站，并用某种足够长也足够结实的“绳索”将其与地面相连，当空间站围绕地球运转时，“绳索”会拧紧，宇航员、乘客以及货物可以通过像电梯轿厢一样的升降舱沿“绳索”直入太空，这样不需要依靠火箭、飞船这类复杂航天工具。图乙中，图线A表示地球引力对宇航员产生的加速度大小与航天员距地心的距离r的关系，图线B表示宇航员相对地面静止时而产生的向心加速度大小与r的关系，下列说法正确的是（　　） A．宇航员在处的线速度等于第一宇宙速度 B．太空电梯停在处时，宇航员对电梯舱的弹力为0 C．随着r的增大，宇航员的线速度逐渐减小 D．随着r的增大，宇航员对升降舱的弹力逐渐减小 14．（22-23高三上·山东青岛·期末）角速度测量广泛应用于航海、航天。如图为测量角速度的简化装置，OO′为固定转轴，质量为m的小球A与弹簧拴连并穿在光滑细杆上，小球下端与滑动变阻器的滑片相连。静止时，滑片位于滑动变阻器的中点，输出电压信号为U0；当装置绕轴OO'转动时，电路会输出相应的电压信号，从而测量出角速度ω。已知弹簧原长为x0、劲度系数为k，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器全长为l，下列说法正确的是（　　） A．加速转弯时，滑片P会向B端滑动 B．小球A的转动角速度ω增大时，电路中流过的电流减小 C．小球A的转动角速度为ω时，弹簧的形变量为 D．小球A的转动角速度为ω时，输出的电压为 15．（23-24高一下·浙江杭州·期中）北京时间2022年10月31日15时37分，梦天实验舱发射成功，此次发射任务中，航天科工203所研发的空间主动型氢原子钟和频标比对器首次进入空间站执行实验任务，为构建中国空间站高精度时间频率基准发挥重要作用。如图为“203”数字模型，固定在水平地面上。其中数字“2”与“3”均为两个半径的两个半圆相切叠加而成，数字“0”是一个半径为圆轨道，所有管道均平滑连接。现有一质量的小球以初速度从A点水平进入轨道，恰能通过“0”最高点E，并从F点进入数字“3”，经过G处的弯管后无机械能损失且速度反向进入上面的半圆轨道。已知水平地面CD长度为，粗糙水平面CD与DF与小球的动摩擦因数，其余轨道均光滑且不计空气阻力，小球的直径略小于管道直径，小球直径和管道直径远小于和的大小，重力加速度，求： （1）小球经过E点时的速度大小与第一次经过D点时对轨道的压力； （2）小球的初速度； （3）若要求小球不脱离轨道，求水平面DF的长度的最小值s。 16．（23-24高一下·安徽滁州·期末）近年来我国在航天领域取得了举世瞩目的成就，已经开始实施小行星探测，并计划在未来10到15年，对小行星进行采样。若一探测器在某小行星表面一倾角为的斜坡上，将一物体以初速度从斜坡顶端水平弹出，经时间t落回到斜坡上，如图所示。不计一切阻力，忽略小行星的自转，小行星半径为R，引力常量为。求： （1）该小行星表面的重力加速度； （2）该小行星的质量。 17．（22-23高一上·河北石家庄·期末）图甲为我国远望二号航天测量船的局部，船上安装有一种接收卫星信号的天线好像一口大锅，它的形状可以看成某条抛物线绕着对称轴旋转一周构造成型如图乙，也叫做抛物面天线，该种天线能把平行于抛物面对称轴的光信号反射到一点，这点也叫做抛物面天线的焦点。设此抛物面开口直径为d，高度为H，开口向上，对称轴竖直，重力加速度为g，求解下列问题： （1）把抛物面开口向下扣置在水平面上，拟合此抛物面的抛物线是一个斜抛质点的轨迹，求此质点抛出时的初速度v的大小和方向。 （2）如果此抛物面内壁光滑，一个小球恰好在距离抛物线顶点为h的等高线上做圆周运动，求小球做圆周运动的周期。 （3）借助抛体运动规律和反射定律（反射光路图参见图丙），求解此抛物面天线的焦点到顶点的距离f。 万有引力与航天 18．（22-23高一下·湖北恩施·期末）2023年5月30日9时31分，搭载“神舟十六号”载人飞船的“长征二号”遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。北京时间5月30日18时22分，远道而来的“神舟十六号”航天员乘组顺利入驻“天宫”，与期盼已久的“神舟十五号”航天员乘组胜利会师太空。随后，两个航天员乘组拍下“全家福”，共同向牵挂他们的全国人民报平安。这标志着中国现已从航天大国向航天强国迈进。未来某天宇航员正在太空旅行，来到火星表面登陆后，以速率竖直上抛一物体，物体上升的最大高度为，已知火星半径为，自转周期为，引力常量为，则（　　） A．火星绕太阳运动的向心加速度 B．若忽略火星自转，火星的质量 C．火星同步卫星的高度 D．若忽略火星自转，火星的第一宇宙速度 19．（2023·河南开封·一模）习近平总书记指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”如图所示，a是静止在地球赤道上的物体。b是在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星。c是地球同步卫星，已知地球表面的重力加速度为g，下列关于a、b、c的说法正确的是（　　）    A．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是c B．a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是a C．b做匀速圆周运动的加速度等于g D．a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是a 20．中国“天问一号”探测器进入环绕火星轨道，标志着我国航天强国建设又向前迈进一大步。假设“天问一号”环绕火星的轨道半径等于某个卫环绕地球运动的轨道半径，如果地球表面重力加速度是火星表面重力加速度的k倍，火星半径是地球半径的q倍（不考虑它们本身的自转），火星和地球均视为均匀球体，则“天问一号”与该卫星的（　　） A．线速度之比为 B．线速度之比为 C．环绕运动周期之比为 D．环绕运动周期之比为 21．（24-25高三上·河南·开学考试）北京时间2024年5月3日17时27分，长征五号遥五运载火箭在我国文昌航天发射场点火升空，嫦娥六号顺利发射。如图所示，嫦娥六号探测器进行多次变轨修正之后，“着陆器、上升器组合体”降落月球表面，下列关于嫦娥六号探测器的说法正确的是（　　） A．在地球上的发射速度一定大于第二宇宙速度 B．在P点由轨道1进入轨道2需要加速 C．在轨道1与轨道2上经过P点时，机械能相同 D．在轨道2上运行时经过P点时的速度小于经过Q点时的速度 22．（2023·河南开封·二模）探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是中华民族不懈追求的航天梦。2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，顺利进入预定轨道，发射取得圆满成功。据相关资料显示神舟十五号飞船从中国酒泉卫星发射中心发射升空，运行在轨道倾角42.4度、近地点P高度200公里、远地点Q高度347公里的椭圆轨道上（如图1轨道），实施变轨后，进入347公里的圆轨道（如图2轨道）。则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内，飞船在1、2轨道上运行时与地心的连线扫过的面积相等 B．飞船在1轨道上运行时的机械能小于在2轨道上运行时的机械能 C．飞船在1轨道上Q点的线速度大于在2轨道上Q点的线速度 D．飞船在1轨道上Q点的加速度等于在2轨道上Q点的加速度 23．（22-23高一下·安徽滁州·期中）近年来，高频率且高质量的卫星发射使得我国逐渐成为航天强国。2023年3月13号，在酒泉卫星发射中心，长征二号丙运载火箭成功将荷鲁斯2号遥感卫星送入预定轨道。两天后，酒泉卫星发射中心使用长征十一号运载火箭将试验十九号卫星送入预定轨道。已知遥感卫星绕地球圆周运动的轨道半径为R1，线速度v1。试验十九号卫星绕地球圆周运动的周期为T2，求： （1）实验十九号卫星绕地球圆周运动的轨道半径R2； （2）已知R2>R1，某时刻，两卫星以及地心恰在同一直线上。则还过多长时间两卫星以及地心可以在同一直线上？ 动量、冲量 24．（23-24高三下·湖南衡阳·开学考试）2022年11月12日10时03分，在我国文昌航天发射场，“长征七号”遥六运载火箭搭载的“天舟五号”货运飞船发射升空。飞船随后与在轨运行的空间站组合体进行了自主快速交会对接。如图所示，实线椭圆为空间站组合体的运行轨迹，O为地心，为椭圆的四等分点，近地点A处的虚线内切圆的半径为a，远地点C处的虚线外切圆的半径为ka。已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，组合体与地心连线在时间内扫过的面积为，忽略地球自转的影响，则下列说法正确的是（　　） A．组合体从A运动到B的时间等于 B．组合体从C运动到A的过程中，万有引力的冲量等于零 C．若组合体释放一枚小卫星至外切圆轨道上，则该小卫星需要在C处减速 D．椭圆轨道的面积为 25．（2024高二·全国·专题练习）火箭发射领域“世界航天第一人”是明朝的士大夫万户，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。假设万户及其所携设备（火箭、燃料、椅子、风筝等）的总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的炽热燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出，忽略空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．火箭的推力来源于空气对它的反作用力 B．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为 C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为 D．在火箭喷气过程中，万户及其所携设备的机械能守恒 26．（23-24高二上·江苏无锡·期中）离子发动机是利用电场加速离子形成高速离子流而产生推力的航天发动机，工作时将推进剂离子化，使之带电，然后在静电场作用下推进剂得到加速后喷出，从而产生推力，这种发动机适用于航天器的姿态控制、位置保持等，航天器质量，单个离子质量，带电量，加速电场的电压为，高速离子形成的等效电流强度为，根据以上信息计算该发动机产生的推力为（　　） A． B． C． D． 27．载人飞船返回着陆技术是载人航天工程的关键技术之一，我国神舟飞船已实现在1m高处精准反推着陆。质量为的返回舱在着陆前，经过一系列减速后，在距离地面lm时速度为8m/s，此时安装在返回舱底部的4台反推火箭点火工作，使返回舱速度一下降到2m/s（返回舱触地前瞬间速度降为2m/s），实现软着陆。该过程可视为匀变速运动，，以下说法中正确的是（　　） A．返回舱处于失重状态 B．返回舱所受合外力的冲量大小为 C．4台反推火箭点火工作时提供的推力大小为 D．着地过程中缓冲座椅的作用是减少座椅对航天员的冲量 28．（23-24高二下·北京顺义·期中）离子推进器是新一代航天动力装置，它利用加速装置将离子高速喷出以提供反冲力，可用于飞船姿态控制和轨道修正。它的工作原理如图所示：中性推进剂氙原子注入后，被电子枪射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氙离子，氙离子进入正极栅板的速度大小可忽略不计，在正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出，从而使飞船获得推进或调整姿态的反冲力。若每个氙离子的质量为m，电量为q，正、负栅板间的加速电压为U，忽略离子间的相互作用力。 （1）将该离子推进器固定在地面上进行试验，测得单位时间内从喷口喷出的正离子形成的等效电流为I： a.求氙离子经电场加速后通过喷口的速度v的大小； b.求单位时间喷出的氙离子的个数n为多少？ c.该离子推进器产生的平均推力F为多大？ （2）配有该离子推进器的飞船的总质量为M，现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度，此过程中可认为氙离子仍以第（1）中所求的速度通过喷口。推进器工作时飞船的总质量可视为不变。求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N。 29．92023年5月10日21时22分，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，天舟六号货运飞船将与在轨运行的空间站进行交会对接。若长征七号遥七运载火箭质量为（不含天舟六号），天舟六号货运飞船的质量为，空间站的质量为M，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，忽略空气阻力和短时间内火箭质量的变化。 （1）点火后搭载天舟六号的长征七号遥七运载火箭在短时间内速度由0增加到，求在时间内长征七号遥七运载火箭获得的平均推力F； （2）求天舟六号与空间站在离地高度为h的轨道对接后绕地球做匀速圆周运动的总动能。 电磁学 30．（23-24高二上·浙江·阶段练习）离子推进器是我国新一代航天动力装置，它的工作原理是将氙气通入电离室后被电离为氙离子，利用加速电场加速氙离子，形成向外发射的粒子流，从而对航天飞机产生反冲力使其获得加速度的。某次测试中，氙气被电离的比例为，氙离子喷射速度为，推进器产生的推力为，已知氙离子的比荷为；计算时，取氙离子的初速度为零，忽略粒子之间的相互作用，下列判断正确的是（    ）    A．氙离子的加速电压为 B．离子推进器发射功率为 C．氙离子向外喷射形成的电流约为 D．每秒进入放电通道的氙气质量约为 31．（23-24高一下·北京顺义·期末）“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”中国航天事业取得了让国人骄傲的成绩。变轨技术是航天器入轨过程中的重要一环。实际航行中的变轨过程较为复杂，为方便研究我们将航天器的变轨过程简化为如图1所示的模型：①将航天器发射到近地圆轨道1上；②在A点点火加速使航天器沿椭圆轨道2运行，轨道1和轨道2相切于A点，A、B分别为轨道2的近地点与远地点，地球的中心位于椭圆的一个焦点上；③在远地点B再次点火加速，航天器沿圆轨道3运行，轨道2和轨道3相切于B点。已知引力常量为G，地球的质量为M，轨道1半径为R，轨道3半径为3R，质量为m的质点在地球的引力范围内具有的引力势能（r为物体到地心的距离，取无穷远处引力势能为零）。 （1）求航天器在圆轨道1上运行时的角速度大小ω； （2）开普勒第二定律表明：航天器在椭圆轨道2上运行时，它与地球中心的连线在相等的时间内扫过的面积相等。请根据开普勒第二定律和能量守恒定律，求航天器在椭圆轨道2远地点B的速度大小； （3）在航天器达到预定高度后，通常使用离子推进器作为动力装置再进行姿态和轨道的微小修正。如图2所示，推进剂从P处注入，在A处电离出带电量为q质量为的正离子，进入B时的速度忽略不计，B、C之间存在加速电场，经加速形成电流为I的离子束从喷射口D喷出。已知喷射口D的横截面积为S，从喷射口D喷出的离子束单位体积内含有离子的个数为n，为研究方便，假定离子推进器在太空飞行时不受其他外力，忽略推进器运动的速度。求： a．B、C之间加速电压大小U； b．推进器获得的推力的大小F。 32．党的二十大报告提出，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。以习近平同志为核心的党中央高度重视制造业发展，强调要把制造业高质量发展作为构建现代化产业体系的关键环节，做实做优做强制造业，推动我国从“制造大国”向“制造强国”迈进，电动机的应用必不可少。如图为直流电动机提升重物的装置，重物的重量，电源电动势，电源内阻为，不计各处摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流。求： （1）重物被恒定速度向上提升过程中电动机的输出功率大小； （2）重物被恒定速度向上提升过程中电源的总功率大小； （3）电动机线圈的电阻； （4）重物被恒定速度向上提升过程中电动机效率。    33．（22-23高三上·广东·阶段练习）电磁炮是当今世界强国争相研发的一种先进武器，我国电磁炮研究处于世界第一梯队。如图所示为某种电磁炮设计的原理示意图，间距为l的两根倾斜导轨平行放置，轨道平面与水平面成一定角度且处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨下端通过开关与电源连接，质量为m、装有弹体的导体棒ab垂直放置在导轨上，闭合开关后，弹体会在安培力的作用下高速发射出去。某次实验中，一靶机悬停在距电磁炮炮口水平距离为d、高为h的高空，炮弹发射出去后，刚好水平击中靶机。设弹体在离开电磁炮发射轨道之前已达到匀速，忽略空气阻力和各处摩擦的影响，整个回路的总电阻为R，重力加速度为g，求： （1）炮弹的发射速度v； （2）电源的电动势E。 34．（23-24高二下·山西运城·期末）航天回收舱实现软着陆时，回收舱接触地面前经过喷火反冲减速后的速度为，此速度仍大于要求的软着陆设计速度，为此，科学家设计了一种电磁阻尼缓冲装置，其原理如图所示。主要部件为缓冲滑块K及固定在绝缘光滑缓冲轨道MN和PQ上的回收舱主体，回收舱主体中还有超导线圈（图中未画出），能在两轨道间产生垂直于导轨平面磁感应强度为B的匀强磁场，导轨内的缓冲滑块由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有n匝矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，ab边长为L，当回收舱接触地面时，滑块K立即停止运动，此后线圈与轨道间的磁场发生作用，使回收舱主体持续做减速运动，从而实现缓冲。已知回收舱主体及轨道的总质量为m，缓冲滑块（含线圈）K的质量为M，重力加速度为g，不考虑运动磁场产生的电场，求： （1）缓冲滑块刚落地时回收舱主体的加速度大小； （2）达到回收舱软着陆要求的设计速度时，缓冲滑块K对地面的压力大小。 35．（2023·河北张家口·二模）在半导体集成电路制造过程中需要生产出纯度很高的，可精确控制的一价硼离子束。具体流程如图甲所示，离子源腔室可产生包含有、、、和的等离子体，这些离子从一条狭缝进入吸极并把带正电的离子选出来，正离子通过吸极后垂直于磁场方向进入分析磁体控制的空间，被分析磁体选出的离子束引人到加速管调速，最终获得满足需要的离子束进入工艺腔内。吸极结构示意图如图乙所示，吸极由两个带缝隙的平行金属板（即抑制电极和引出电极）构成，引出电极接地，离子源腔体和引出电极之间的吸极电压为，抑制电极和引出电极之间的抑制电压为。分析磁体提供截面半径为R的圆柱型匀强磁场区域，磁感应强度可调。已知等离子体中的多数离子动能很接近，设为，电子的动能比较大，忽略离子所受重力，元电荷为e。 （1）求从引出电极飞出的离子的动能，以及恰好不能通过抑制电极的电子在离子源中的动能 （2）硼有两种同位素和，若离子质量为10m，在磁场中恰好偏转了90°角，求分析磁体提供的磁感应强度B的最小值。 （3）航天用集成电路要求生产芯片用的硼必须是。离子束进入磁场时并不严格平行而是有个很小的散开角θ，如图丙所示，如果θ较大将导致离开磁场时两种B+离子没有分离，请在（1），（2）问的基础上分析，为了使两种离子分离求这个散开角θ的范围。（提示：请考虑使用散开角度很小，离子轨道半径接近时的近似条件（结果可用根式表示）    光学、热学 36．（23-24高二下·四川达州·期中）自2013年宇航员王亚平首次太空开讲，10年来中国航天员已开展了5次精彩绝伦的太空授课，中国载人航天科技发展成就惠及全世界青少年。其中“水”相关实验占太空授课中实验总数的一半以上，下列说法不正确的是（　　） A．太空授课时，水球几乎呈完美的球状，是因为水的表面张力 B．水球表面层分子间的作用力表现为分子引力 C．太空授课时，浸润液体在玻璃试管中上升的现象是毛细现象 D．如果改用不浸润的塑料笔芯插入水中，也能能观察到水面在笔芯内上升的现象 37．（2023·广东茂名·一模）空间站是一种在近地轨道长时间运行、可供航天员工作和生活的载人航天器，其运行轨道可以近似为圆。如图甲为我国三名航天员站立在空间站内地板上的情景，图乙是航天员王亚平在空间站做的实验，下列说法正确的是（　　） A．空间站内的航天员处于平衡状态 B．空间站内的航天员不能用拉力器锻炼肌肉力量 C．空间站的加速度比地球同步卫星向心加速度小 D．空间站内漂浮的水滴呈球形是因为水完全失重和水的表面张力共同造成的 38．大型钛合金构件在航天、航空领域应用广泛，我国使用激光焊接复杂钛合金构件的技术和能力已达到世界一流水平。若焊接所用的激光波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法中正确的是（　　） A．激光焊接利用了激光的相干性 B．激光的频率为 C．激光光子的动量为 D．每个激光脉冲的能量为 39．2022年中国空间站全面建造已完成，取得了举世瞩目的航天成就。从2022年5月开始发射天舟四号货运飞船，6月发射神舟载人飞船，7月发射空间站“问天”实验舱，10月发射“梦天”实验舱，并相继与核心舱对接，形成“T”字基本构型，正式完成中国空间站的建设。下列说法正确的是（　　） A．空间站建成后，“问天”实验舱与“梦天”实验舱的向心力大小一定相等 B．若在实验舱内挤出一滴小水滴，处于完全失重环境下的水滴在分子表面张力作用下将呈现出球形 C．要实现“梦天”实验舱从低轨道与高轨道的“天和”核心舱对接，需使“梦天”实验舱加速 D．由于各舱段质量大，因此在轨运行过程中各舱段间作用力也很大 40．（2024·湖南岳阳·三模）2023年12月21日，神舟十七号航天组完成了天和核心舱太阳翼修复任务。如图所示，气闸舱有两个气闸门，内闸门A与核心舱连接，外闸门B与外太空连接。气闸舱容积，核心舱容积，开始气闸舱和核心舱的气压都为p0（标准大气压）。航天员要到舱外太空行走，需先进入气闸舱。为节省气体，用抽气机缓慢将气闸舱内的气体抽到核心舱内，当气闸舱气压降到和外太空气压相同时才能打开外闸门B，该过程中两舱温度不变，不考虑漏气、新气体产生、航天员进出舱对气体的影响。求： （1）内闸门A的表面积是S，每次抽气的体积为，缓慢抽气过程中，抽气机内气体压强与气闸舱内剩余气体压强始终相等。第1次抽气到核心舱后，两舱气体对内闸门A的压力差ΔF大小； （2）每次抽气的体积还是，抽气几次后气闸舱内压强小于。 41．2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱着陆成功，三名航天员圆满完成了为期六个月的航天飞行任务，此次飞行任务中航天员翟志刚、王亚平先后从天和核心舱节点舱成功出舱执行任务，出舱时他们身着我国新一代“飞天”舱外航天服。舱外航天服是一套非常复杂的生命保障系统，简单的物理模型可以理解为：舱外航天服内密封了一定质量的理想气体，用来提供适合人体生存的气压。出舱前，航天员身着航天服，先从核心舱进入节点舱，此时航天服密闭气体的体积为，压强为，温度为；然后封闭所有内部舱门，对节点舱泄压，直到节点舱压强和外面压强相等时才能打开舱门。 （1）节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到，假设温度不变，求此时航天服内气体压强； （2）打开舱门后，航天员安全出舱，由于外界温度极低，航天服自动控制系统启动，系统能通过加热和充气或者放气等调节方式来保证密闭航天服内气体压强为，温度为，体积为，求调节后航天服内的气体质量与原有气体质量之比。 1．（2024·河南许昌·一模）2024年1月6日，“华龙一号”4号机组内穹顶吊装就位，我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用、、分别表示、、核的质量，表示X粒子的质量，c为真空中的光速。以下说法正确的是（　　） A．X为中子， B．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆 C．上述核反应中放出的核能 D．铀块体积必须达到临界体积，有质子通过时，才能发生链式反应 2．我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是（   ） A．的结合能小于与的结合能之和 B．X为中子，a = 2 C．的比结合能比的大 D．上述核反应中放出的核能E = (mU－mBa－mKr－3mX)c2 3．（2023·北京通州·一模）为寻找可靠的航天动力装置，科学家们正持续进行太阳帆推进器和离子推进器的研究。太阳帆推进器是利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力，离子推进器则是利用电场加速后的离子气体的反冲作用加速航天器。 （1）由量子理论可知每个光子的动量为（h为普朗克常量，为光子的波长），光子的能量为为光子的频率），调整太阳帆使太阳光垂直照射，已知真空中光速为c，光子的频率v，普朗克常量h，太阳帆面积为S，时间t内太阳光垂直照射到太阳帆每平方米面积上的太阳光能为E，宇宙飞船的质量为M，所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射，求： ①时间t内作用在太阳帆的光子个数N； ②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小。 （2）离子推进器的原理如图所示：进入电离室的气体被电离，其中正离子飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A，B间电压为U，使正离子加速形成离子束，在加速正离子束的过程中所消耗的功率为P，推进器获得的恒定推力为F．为提高能量的转换效率，即要使尽量大，请通过论证说明可行的方案。设正离子质量为m，电荷量为q。 4．（22-23高三上·北京昌平·期末）轨道炮是一种正在发展中的电磁投射装置，目前能将质量10 kg的弹丸加速到时速9000 km，射程可达200 km以上．除军事外，轨道炮在航天、可控核聚变等领域也有一定的应用前景．它的基本结构如图所示．两根长直金属导轨平行放置，投射物通常为金属弹丸，可视为一段导体，两端分别与两根导轨接触．现将开关K闭合，两根导轨与投射物组成闭合回路，回路中有很大的电流通过． （1）指出投射物上某点P处的磁感应强度B的方向； （2）简述轨道炮投射物体的物理原理； （3）实际设计制造轨道炮装置时可能会遇到哪些技术问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点02 航天强国 近年来，我国航天事业得到了迅速发展，天体运动与生活、生产、科技结合的情境中，还常与功和能、电场和磁场等知识综合进行考查。 （建议用时：40分钟） 匀变速直线运动 1．（24-25高一上·吉林·阶段练习）深蓝航天是国内唯一一家实现液氧煤油垂直起降可回收复用的火箭公司，回收复用运载火箭是未来火箭技术发展的制高点，具备强大商业价值和社会价值。某次发射测试如图甲所示，地面测控系统测出火箭竖直起降过程中速度v随时间t变化规律如图乙所示，时刻火箭回到地面，则下列说法正确的是（　　） A．时刻火箭上升到最高位置 B．时间内，火箭的加速度先减小后增大 C．在时间与时间内所围图形面积大小不相等 D．时刻火箭上升高度达到最大 【答案】D 【详解】AD．由图可知，时刻火箭上升到最高位置，即火箭上升高度达到最大，故A错误，D正确； B．根据图像的斜率表示加速度，可知时间内，火箭的加速度先增大后减小，故B错误； C．由图像可知时间火箭处于上升阶段，时间内火箭处于下降阶段，时刻火箭回到地面，根据图像与坐标轴围成的面积表示位移，所以在时间与时间内所围图形面积大小相等，故C错误。 故选D。 2．（23-24高二下·湖北武汉·期末）神舟十八号载人飞船于2024 年 4月 25 日 20时58分57秒在酒泉卫星发射中心发射，然后神舟十八号飞船与离地面高约390km的天宫实验室对接，航天员乘组将在空间站驻留约6个月。经过一系列航天实验后，中国载人航天工程办公室计划在2030年前实现载人登月。下列说法正确的是（　　） A．神舟十八号飞行高度很高，在研究其对接时可以视作质点 B．“2024 年 4月 25 日 20时58分 57 秒”是时间间隔 C．神舟十八号飞船飞行的路程约为 390 km D．中国人登月后可以验证物体下落快慢与物体质量无关 【答案】D 【详解】A．对接时，神舟十八号的大小和形状不能忽略，不能将其看成质点，A错误； B．“2024 年 4月 25 日 20时58分 57 秒”是一个时间点，是时刻，不是时间间隔，B错误； C．神舟十八号飞船与离地面高约390km指的是离地面的竖直高度，Ｃ错误； D．中国人登月后可以验证物体下落快慢与物体质量无关，因为月球上没有空气，自由下落的物体只受重力的作用，可以验证自由落体运动的规律，D正确。 故选D。 3．（23-24高三上·江西上饶·阶段练习）如图甲所示为中国航天科技集团有限公司研制的火箭助推器回收画面。火箭发射后，助推器点火提供向上的推力，到达某一高度后与火箭分离，并立即关闭助推器上的发动机，在接近地面某处重启发动机减速并使助推器的速度在着陆时为零。从火箭发射开始计时，助推器上速度传感器测得助推器竖直方向的速度如图乙所示，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．和过程助推器的位移大小相等 B．时刻助推器与火箭分离并关闭发动机 C．过程中助推器处于超重状态 D．若，则可能 【答案】C 【详解】A．由面积关系可知t轴以上图像的面积等于t轴以下图像的面积，所以和过程助推器的位移大小相等，故A错误； B．时刻助推器与火箭分离并关闭发动机，助推器向上做减速运动，故B错误； C．的过程中助推器向下减速，加速度向上，处于超重状态，故C正确； D．因为和过程助推器的位移大小相等，所以若从时间内做匀加速直线运动，则 若，则 故D错误。 故选C。 4．（2024·河南·模拟预测）经过几代航天人的不懈奋斗，我国对深空探测的脚步越来越快，祝融号火星车的成功着陆预示着人类在不久的将来有望登陆火星。于是小李同学大胆设想用如图甲所示装置测火星表面的重力加速度，进而间接测量火星的质量。光电门固定在铁架台上，光电门通过光电传感器与AI连接，整个装置固定在火星表面。通过轻绳相连的a、b两个完全相同的小球距离铁架台底座足够高，a球通过电磁铁固定在光电门正上方（图中没有画出），连接两球的轻绳长度为L。已知火星的半径为R，绳长远大于球直径，引力常量为G。 (1)实验前用螺旋测微器测量小球直径，如图乙所示，则小球的直径D= mm； (2)两球静止在光电门正上方，然后控制电磁铁由静止释放a球，AI将b球和a球通过光电门时的遮光时间数据传输到地球，小李收到b球和a球通过光电门的时间分别为t1、t2，则b球通过光电门时，a球的速度大小为v1= ，火星表面的重力加速度g= ，火星的质量为 （用题中物理量符号表示）。 【答案】(1)6.700/6.699/6.701 (2) 【详解】（1）用螺旋测微器测出小球直径 （2）[1]球通过光电门时，两球的速度相等，即球的速度大小为 [2]球通过光电门时的速度为 两球在火星上做匀加速直线运动，则有 解得 [3]两球在火星上的重力等于火星对两球的引力，即 解得 5．（24-25高一上·天津南开·期中）2021年9月17日，神舟十二号返回舱载着三名出差太空长达3个月时间的宇航员，顺利着陆，落点精准，这是中国迈向航天强国的重要标志。设返回舱离地面高度H=4250m时打开减速降落伞，返回舱以初速度v0=200m/s、加速度大小a1=4m/s2竖直向下做匀减速直线运动，经t=25s后启动反推发动机，返回舱继续以大小为a2的加速度竖直向下做匀减速直线运动，最终以v=10m/s的速度实现安全着陆。求： (1)启动反推发动机瞬间，返回舱的速度v1的大小； (2)启动反推发动机瞬间，返回舱离地面的高度h； (3)启动反推发动机后，返回舱的加速度a2的大小。 【答案】(1)100m/s(2)500m(3)9.9m/s2 【详解】（1）启动反推发动机前返回舱做匀减速直线运动，有 解得 （2）设启动反推发动机前运动位移为x1，有 返回舱离地面的高度 解得 （3）启动反推发动机后返回舱做匀减速直线运动，有 解得 6．（24-25高一上·重庆·阶段练习）2024年9月11日12时，我国自主研发的朱雀三号VTVL-1在酒泉卫星发射中心圆满完成十公里级垂直起降返回飞行试验，该次任务是国内首次实现垂直起降返回火箭空中二次点火、跨音速大动压环境下“栅格舵-冷气姿控-发动机”联合制导控制，以及高空风实时风修技术工程化应用等技术验证，标志着我国商业航天在可重复使用运载火箭技术上取得重大突破。小巴同学自制水火箭模拟火箭的运动，可视为质点的水火箭最初静止于地面上，随着上升过程中水的消耗，火箭上升的加速度按如下规律逐渐增加：第n秒内加速度为，即0~1s：，1~2s：…且每一秒内火箭均做匀加速直线运动。水火箭在第5秒末耗尽箭体内的水，然后做竖直上抛运动到达最高点，紧接着火箭自由下落2秒后遥控打开降落伞减速，开伞后最初一段距离内火箭速度v与开伞后下降的距离x之间满足关系式：，其中C为特定常数，开伞后下降距离d后以5m/s的速度匀速下降直到落地，为了简便计算，可以忽略在开伞前受到的空气阻力，。求： (1)水火箭第5秒末的速度大小； (2)水火箭上升的离地最大高度； (3)常数C的值、开伞后下降距离d及水火箭从发射到落回地面所用的时间。 【答案】(1)15m/s(2)38.75m(3)0.5；15m；12.25s 【详解】（1）依题意，水火箭第5秒末的速度大小为 可得 （2）根据位移公式有 前5s的位移为 m 竖直上抛的高度为 m 最大高度为 m （3）竖直上抛的时间为 s 火箭自由下落2秒后下降的高度和速度分别为 m 由图可知，开伞后最初一段距离内火箭速度v与开伞后下降的距离x之间满足关系式 当速度为20m/s时的x=0，解得 火箭运动距离d后以5m/s的速度匀速下降，代入 解得 m 打开降落伞过程，有 做出图像，如图 由图像可得，图像的面积等于时间，则该段时间为 s=3s 水火箭匀速下降时间为 s 水火箭从发射到落回地面所用的时间为 s 相互作用 7．《中国制造2025》提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标．其中，到2025年迈入制造强国行列是第一阶段目标．中国无人机制造公司大疆是中国制造的优秀代表，其创新的无人机产品在美国商用无人机市场占据领先地位，市场份额达47%，遥遥领先于排名第二的竞争对手．而在全球商用无人机市场中，大疆更是独领风骚，一举夺得近70%的市场份额．如图所示为四旋翼无人机，它是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前得到越来越广泛的应用．一架质量为m＝3 kg的无人机，其动力系统所能提供的最大升力F＝40 N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f＝4 N．该款无人机电池容量为4 480 mA·h，在提供最大升力的情况下能持续工作约20分钟．g取10 m/s2.以下说法正确的是(         ) A．无人机从静止开始以最大升力竖直起飞，t＝3 s时离地高度为h＝54 m B．无人机以最大升力工作时电流大约为6 A C．无人机悬停在H＝156 m处，由于动力设备故障，无人机突然失去动力竖直坠落(俗称炸机)，坠地时速度为52 m/s D．无人机因动力设备故障坠机的过程中机械能守恒 【答案】C 【详解】A、设无人机上升时加速度大小为a，应用牛顿第二定律有：，解得：，由，解得，故选项A错误； B、由，故选项B错误； C、设无人机坠落过程中加速度大小为，由牛顿第二定律，解得，由，解得，故选项C正确； D、由于存在阻力，无人机坠机过程中机械能不守恒，故选项D错误． 点睛：本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合运用，关键理清无人机在整个过程中的运动规律，结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁． 8．（2024·广东·模拟预测）2024年9月，我国的“朱雀三号”可重复使用火箭进行了可回收运载火箭的试验，为将来降低航天发射成本奠定了坚实基础。有关火箭的运动，下列说法正确的是（　　） A．火箭向上飞行则处于超重状态 B．火箭向下飞行则处于失重状态 C．火箭在加速向上时处于失重状态 D．火箭在减速下降时处于超重状态 【答案】D 【详解】AC．火箭加速向上飞行时，加速度向上，处于超重状态，火箭向上匀速运动时，则处于平衡状态，故A错误，C错误； BD．火箭向下减速下降时，加速度向上，处于超重状态，火箭向下加速飞行时，加速度向下，处于失重状态，火箭向下匀速运动时，则处于平衡状态，故B错误，D正确。 故选D。 9．（23-24高三上·重庆沙坪坝·阶段练习）2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，我国载人航天工程发射任务实现30战30捷。如图所示，下列关于火箭在竖直方向加速起飞过程的分析，正确的是（　　） A．一级火箭的燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动 B．火箭加速上升时，火箭里面的航天员对座椅的压力小于自身重力 C．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度 D．火箭喷出的气流对火箭的作用力大于火箭对喷出的气流的作用力 【答案】C 【详解】A．一级火箭的燃料用完后，在自动脱落时具有与火箭相同的速度，因此脱落后将做竖直上抛运动，故A错误； B．火箭加速上升时，火箭里的宇航员也加速上升，对宇航员有 解得 为座椅对宇航员的支持力，而根据牛顿第三定律，宇航员对座椅的压力大小等于座椅对宇航员支持力的大小，因此可知，火箭加速上升时，火箭里面的航天员对座椅的压力大于自身重力，故B错误； C．燃料燃烧向下喷气，喷出的气体的反作用力推动火箭升空，即火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度，故C正确； D．火箭喷出的热气流对火箭的作用力与火箭对热气流的作用力是相互作用力，二者等大反向，故D错误。 故选C。 10．（23-24高一上·吉林·期末）北京时间2022年11月12日10时03分，搭载天舟五号货运飞船的运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射，飞船与火箭最终成功分离并进入预定轨道，下列说法正确的是（　　）    A．火箭发射时货运飞船处于失重状态 B．只要建立二维坐标系就可以精准确定火箭位置 C．进入太空后，货运飞船内的货物不再具有惯性 D．飞船与火箭分离前，以火箭为参考系，飞船是静止的 【答案】D 【详解】A．火箭点火瞬间，具有向上的加速度，故货运飞船处于超重状态，故A错误； B．若要精准确定火箭的位置，需要建立三维空间坐标系，故B错误； C．惯性大小的唯一量度为质量，所以当货物进入太空后，质量不变，惯性保持不变，故C错误； D．飞船与火箭分离前，二者保持相对静止，所以以火箭为参考系，飞船是静止的，故D正确。 故选D。 11．（24-25高三上·山西长治·阶段练习）2024年9月11日l8时，蓝箭航天自主研发的“朱雀三号”可重复使用垂直回收试验箭，在酒泉卫星发射中心点火升空，完成了10公里级以及发动机空中二次点火回收试验。点火后火箭匀加速上升，经113s发动机关闭火箭匀减速上升，到达最高点时距地面10050m。之后，火箭从最高点开始匀加速下落40s时，到达距地面4690m处，此时发动机二次点火使得“朱雀三号”匀减速下降，到达地面时速度刚好减为0。整个过程历时200s，火箭着陆平稳，落点准确，状态良好，试验任务取得圆满成功！设火箭整个运动过程中所受的空气阻力大小始终保持不变，取，求“朱雀三号” (1)匀加速下落40s内空气阻力与重力比值； (2)加速上升过程中发动机推力与重力比值。 【答案】(1)0.33(2) 【详解】（1）匀加速下落40s内运动的位移大小 由，解得匀加速下落40s内加速度大小为 由牛顿第二定律得 解得 （2）“朱雀三号” 匀加速下落40s末的速度大小为 设匀减速下落的时间为，则 解得 “朱雀三号”匀减速上升的时间 设匀加速运动的末速度为，则 解得 由，解得匀加速上升的加速度大小为 由牛顿第二定律得 解得 12．（23-24高二下·浙江·期中）2024年3月20日8时31分，探月工程四期鹊桥二号中继星由长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射升空，3月25日顺利进入环月轨道。若某次发射过程中，火箭及其卫星总质量为200吨，总长为50m，发射塔高115.2m，点火后经6.4s火箭离开发射塔。假设火箭离开发射塔的过程中做匀加速运动，忽略空气阻力和运载火箭质量的变化，取重力加速度大小。求： （1）火箭离开发射塔瞬间的速度大小； （2）火箭起飞时推动力大小； （3）若火箭刚离开发射塔瞬间，某个发射用到的部件完成使命要从火箭尾部自然脱落（脱落后只考虑重力作用），求该零件脱落后经多长时间落地。 【答案】（1）36m/s；（2）；（3）9.6s 【详解】（1）设发射塔高为h，根据平均速度公式可得 代入数据解得 （2）上升时的加速度为 根据牛顿第二定律得 解得 （3）零件脱离后做竖直上抛运动，则 解得 曲线运动 13．（2024·四川成都·二模）2023年春节，改编自刘慈欣科幻小说的电影——《流浪地球2》在全国上映。电影中的太空电梯场景非常震撼，如图甲所示。太空电梯的原理并不复杂，与生活中的普通电梯十分相似。只需在地球同步轨道上建造一个空间站，并用某种足够长也足够结实的“绳索”将其与地面相连，当空间站围绕地球运转时，“绳索”会拧紧，宇航员、乘客以及货物可以通过像电梯轿厢一样的升降舱沿“绳索”直入太空，这样不需要依靠火箭、飞船这类复杂航天工具。图乙中，图线A表示地球引力对宇航员产生的加速度大小与航天员距地心的距离r的关系，图线B表示宇航员相对地面静止时而产生的向心加速度大小与r的关系，下列说法正确的是（　　） A．宇航员在处的线速度等于第一宇宙速度 B．太空电梯停在处时，宇航员对电梯舱的弹力为0 C．随着r的增大，宇航员的线速度逐渐减小 D．随着r的增大，宇航员对升降舱的弹力逐渐减小 【答案】B 【详解】A．宇航员做匀速圆周运动，根据圆周运动规律可知向心加速度与线速度的关系 地球引力对宇航员产生的加速度与第一宇宙速度的关系 因为 所以宇航员在处的线速度小于第一宇宙速度。故A错误； B．太空电梯停在处时，地球引力对宇航员产生的加速度大小等于宇航员相对地面静止时而产生的向心加速度大小，即万有引力全部用来提供向心力，此时宇航员处于完全失重状态，所以宇航员对电梯舱的弹力为0。故B正确； C．因为宇航员相对地面静止，则宇航员圆周运动的角速度不变，即 随着r的增大，宇航员的线速度逐渐增大。故C错误； D．根据题意可知宇航员所受的合外力提供向心力，即 随着r的增大，减小，增大，则升降舱对宇航员的弹力先减小，后反向增大。则宇航员对升降舱的弹力先减小后增大。故D错误。 故选B。 14．（22-23高三上·山东青岛·期末）角速度测量广泛应用于航海、航天。如图为测量角速度的简化装置，OO′为固定转轴，质量为m的小球A与弹簧拴连并穿在光滑细杆上，小球下端与滑动变阻器的滑片相连。静止时，滑片位于滑动变阻器的中点，输出电压信号为U0；当装置绕轴OO'转动时，电路会输出相应的电压信号，从而测量出角速度ω。已知弹簧原长为x0、劲度系数为k，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器全长为l，下列说法正确的是（　　） A．加速转弯时，滑片P会向B端滑动 B．小球A的转动角速度ω增大时，电路中流过的电流减小 C．小球A的转动角速度为ω时，弹簧的形变量为 D．小球A的转动角速度为ω时，输出的电压为 【答案】D 【详解】A．当小球A绕轴转动时，小球受到弹簧提供的指向圆心的向心力，弹簧处于伸长状态，故小球A由静止开始转动时，滑片向C端滑动，故A错误； B．小球A的转动角速度增大时，由可知滑片向C端靠近，滑动变阻器接入电路中的电阻不变，电源中流过的电流不变，故B错误； C．由 解得 故C错误； D．小球A的转动角速度为ω时，输出的电压为 解得 故D正确。 故选D。 15．（23-24高一下·浙江杭州·期中）北京时间2022年10月31日15时37分，梦天实验舱发射成功，此次发射任务中，航天科工203所研发的空间主动型氢原子钟和频标比对器首次进入空间站执行实验任务，为构建中国空间站高精度时间频率基准发挥重要作用。如图为“203”数字模型，固定在水平地面上。其中数字“2”与“3”均为两个半径的两个半圆相切叠加而成，数字“0”是一个半径为圆轨道，所有管道均平滑连接。现有一质量的小球以初速度从A点水平进入轨道，恰能通过“0”最高点E，并从F点进入数字“3”，经过G处的弯管后无机械能损失且速度反向进入上面的半圆轨道。已知水平地面CD长度为，粗糙水平面CD与DF与小球的动摩擦因数，其余轨道均光滑且不计空气阻力，小球的直径略小于管道直径，小球直径和管道直径远小于和的大小，重力加速度，求： （1）小球经过E点时的速度大小与第一次经过D点时对轨道的压力； （2）小球的初速度； （3）若要求小球不脱离轨道，求水平面DF的长度的最小值s。 【答案】（1），60N；（2）；（3）6.75m 【详解】（1）小球经过E点时，根据牛顿第二定律有 解得 小球从E点到D点过程， 动能定理有 小球在D点有 根据牛顿第三定律有 解得 ， （2）小球从A运动到E过程，根据动能定理有 解得 （3）若小球不脱离轨道，当水平面DF的长度的最小值时，小球返回数字“0”轨道时，恰好到达其下侧四分之一圆周的最高点，根据动能定理有 解得 16．（23-24高一下·安徽滁州·期末）近年来我国在航天领域取得了举世瞩目的成就，已经开始实施小行星探测，并计划在未来10到15年，对小行星进行采样。若一探测器在某小行星表面一倾角为的斜坡上，将一物体以初速度从斜坡顶端水平弹出，经时间t落回到斜坡上，如图所示。不计一切阻力，忽略小行星的自转，小行星半径为R，引力常量为。求： （1）该小行星表面的重力加速度； （2）该小行星的质量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）物体做平抛运动，由平抛运动的规律，在水平方向可得 在竖直方向可得 在斜坡上落点处，由几何关系有 解得 （2）在小行星的表面由牛顿第二定律则有 解得 17．（22-23高一上·河北石家庄·期末）图甲为我国远望二号航天测量船的局部，船上安装有一种接收卫星信号的天线好像一口大锅，它的形状可以看成某条抛物线绕着对称轴旋转一周构造成型如图乙，也叫做抛物面天线，该种天线能把平行于抛物面对称轴的光信号反射到一点，这点也叫做抛物面天线的焦点。设此抛物面开口直径为d，高度为H，开口向上，对称轴竖直，重力加速度为g，求解下列问题： （1）把抛物面开口向下扣置在水平面上，拟合此抛物面的抛物线是一个斜抛质点的轨迹，求此质点抛出时的初速度v的大小和方向。 （2）如果此抛物面内壁光滑，一个小球恰好在距离抛物线顶点为h的等高线上做圆周运动，求小球做圆周运动的周期。 （3）借助抛体运动规律和反射定律（反射光路图参见图丙），求解此抛物面天线的焦点到顶点的距离f。 【答案】（1），；（2）；（3） 【详解】（1）把抛物面开口向下扣置在水平面上，轨迹斜抛运动的水平位移为，最高点高度为H，速度与水平方向的夹角为，根据斜抛运动规律得 ，， 联立解得 ， （2）抛物线的抛体运动水平方向的分速度为 距离抛物线顶点为h，所对应的平抛的时间关系有 此位置轨迹上的速度与水平方向夹角的正切值即该位置切面与水平方向夹角的正切值为 此位置距离顶点的水平距离即是小球圆周运动的轨道半径，为 小球做圆周运动，根据牛顿第二定律得 解得 （3）根据平抛运动规律得 ， 整理得 根据反射定律，令反射点到焦点的距离等于反射点到辅助线的距离，根据数学抛物线焦点相关知识可得，此抛物面天线的焦点到定点的距离 万有引力与航天 18．（22-23高一下·湖北恩施·期末）2023年5月30日9时31分，搭载“神舟十六号”载人飞船的“长征二号”遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。北京时间5月30日18时22分，远道而来的“神舟十六号”航天员乘组顺利入驻“天宫”，与期盼已久的“神舟十五号”航天员乘组胜利会师太空。随后，两个航天员乘组拍下“全家福”，共同向牵挂他们的全国人民报平安。这标志着中国现已从航天大国向航天强国迈进。未来某天宇航员正在太空旅行，来到火星表面登陆后，以速率竖直上抛一物体，物体上升的最大高度为，已知火星半径为，自转周期为，引力常量为，则（　　） A．火星绕太阳运动的向心加速度 B．若忽略火星自转，火星的质量 C．火星同步卫星的高度 D．若忽略火星自转，火星的第一宇宙速度 【答案】D 【详解】A．火星绕太阳运动的向心加速度 其中T＇和r应该是火星绕太阳运动的公转周期和公转半径，选项A错误； B．若忽略火星自转，火星表面的重力加速度 根据 可得火星的质量 选项B错误； C．对火星的同步卫星 可得同步卫星的高度 选项C错误； D．若忽略火星自转 火星的第一宇宙速度 选项D正确。 故选D。 19．（2023·河南开封·一模）习近平总书记指出：“发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”如图所示，a是静止在地球赤道上的物体。b是在地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星。c是地球同步卫星，已知地球表面的重力加速度为g，下列关于a、b、c的说法正确的是（　　）    A．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度最大的是c B．a、b、c做匀速圆周运动的速率最大的是a C．b做匀速圆周运动的加速度等于g D．a、b、c做匀速圆周运动的周期最小的是a 【答案】C 【详解】AC．为近地卫星 解得 由于的轨道半径约等于地球半径，则的加速度等于，且的向心加速度大于的向心加速度，同步卫星的周期和地球相同，则由 可知a的加速度小于c的加速度，故b的向心加速度最大等于，故A错误，C正确； B．卫星绕地球做匀速圆周运动时，有 解得 因为的轨道半径小于的轨道半径，所以、的线速度大小关系为 对，根据 可知 故B错误； D．为地球赤道上随地球自转的物体，则的周期等于地球自转周期，为地球同步卫星，则的周期等于地球自转周期，所以的周期等于的周期，根据 解得 可知的周期最小，故D错误。 故选C。 20．中国“天问一号”探测器进入环绕火星轨道，标志着我国航天强国建设又向前迈进一大步。假设“天问一号”环绕火星的轨道半径等于某个卫环绕地球运动的轨道半径，如果地球表面重力加速度是火星表面重力加速度的k倍，火星半径是地球半径的q倍（不考虑它们本身的自转），火星和地球均视为均匀球体，则“天问一号”与该卫星的（　　） A．线速度之比为 B．线速度之比为 C．环绕运动周期之比为 D．环绕运动周期之比为 【答案】C 【详解】A．B．设火星与地球质量分别是M1、M2，由 得 由 得 得 故AB错误； C．D．由 可知 得 故C正确，D错误。 故选C。 21．（24-25高三上·河南·开学考试）北京时间2024年5月3日17时27分，长征五号遥五运载火箭在我国文昌航天发射场点火升空，嫦娥六号顺利发射。如图所示，嫦娥六号探测器进行多次变轨修正之后，“着陆器、上升器组合体”降落月球表面，下列关于嫦娥六号探测器的说法正确的是（　　） A．在地球上的发射速度一定大于第二宇宙速度 B．在P点由轨道1进入轨道2需要加速 C．在轨道1与轨道2上经过P点时，机械能相同 D．在轨道2上运行时经过P点时的速度小于经过Q点时的速度 【答案】D 【详解】A．嫦娥六号发射出去后绕地球做椭圆运动，没有离开地球束缚，故嫦娥六号的发射速度大于第一宇宙速度7.9km/s，小于第二宇宙速度11.2km/s。故A错误； BC．嫦娥六号在轨道1上的P点处减速，使万有引力大于向心力做近心运动，才能进入轨道2，嫦娥六号的机械能减小，则在轨道1与轨道2上经过P点时，机械能不相等。故BC错误； D．由开普勒第二定律可知，在轨道2上运行经过P点时的速度小于经过Q点时的速度。故D正确。 故选D。 22．（2023·河南开封·二模）探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是中华民族不懈追求的航天梦。2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，顺利进入预定轨道，发射取得圆满成功。据相关资料显示神舟十五号飞船从中国酒泉卫星发射中心发射升空，运行在轨道倾角42.4度、近地点P高度200公里、远地点Q高度347公里的椭圆轨道上（如图1轨道），实施变轨后，进入347公里的圆轨道（如图2轨道）。则下列说法正确的是（　　） A．单位时间内，飞船在1、2轨道上运行时与地心的连线扫过的面积相等 B．飞船在1轨道上运行时的机械能小于在2轨道上运行时的机械能 C．飞船在1轨道上Q点的线速度大于在2轨道上Q点的线速度 D．飞船在1轨道上Q点的加速度等于在2轨道上Q点的加速度 【答案】BD 【详解】A．根据开普勒第二定律可知，在同一轨道上相同时间内与地线连线扫过的面积相等，不同轨道无法比较，故A错误； B．轨道半径越大机械能越大，飞船在1轨道上运行时的轨道半径小于在2轨道上运行时的轨道半径，因此在1轨道上运行时的机械能小于在2轨道上运行时的机械能，故B正确； C．飞船在Q点从1轨道变轨为2轨道时飞船需要点火加速，因此飞船在1轨道上Q点的线速度小于在2轨道上Q点的线速度，故C错误； D．根据牛顿第二定律有 可知飞船在绕地球运行过程中的加速度大小为 则可知飞船在1轨道与2轨道的交点Q点处的加速度相同，故D正确。 故选BD。 23．（22-23高一下·安徽滁州·期中）近年来，高频率且高质量的卫星发射使得我国逐渐成为航天强国。2023年3月13号，在酒泉卫星发射中心，长征二号丙运载火箭成功将荷鲁斯2号遥感卫星送入预定轨道。两天后，酒泉卫星发射中心使用长征十一号运载火箭将试验十九号卫星送入预定轨道。已知遥感卫星绕地球圆周运动的轨道半径为R1，线速度v1。试验十九号卫星绕地球圆周运动的周期为T2，求： （1）实验十九号卫星绕地球圆周运动的轨道半径R2； （2）已知R2>R1，某时刻，两卫星以及地心恰在同一直线上。则还过多长时间两卫星以及地心可以在同一直线上？ 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由万有引力提供向心力，对遥感卫星，有 对试验十九号卫星，有 解得 （2）从两卫星以及地心在同一直线上到再次在同一直线上的过程中有 解得 动量、冲量 24．（23-24高三下·湖南衡阳·开学考试）2022年11月12日10时03分，在我国文昌航天发射场，“长征七号”遥六运载火箭搭载的“天舟五号”货运飞船发射升空。飞船随后与在轨运行的空间站组合体进行了自主快速交会对接。如图所示，实线椭圆为空间站组合体的运行轨迹，O为地心，为椭圆的四等分点，近地点A处的虚线内切圆的半径为a，远地点C处的虚线外切圆的半径为ka。已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，组合体与地心连线在时间内扫过的面积为，忽略地球自转的影响，则下列说法正确的是（　　） A．组合体从A运动到B的时间等于 B．组合体从C运动到A的过程中，万有引力的冲量等于零 C．若组合体释放一枚小卫星至外切圆轨道上，则该小卫星需要在C处减速 D．椭圆轨道的面积为 【答案】D 【详解】A．忽略地球自转的影响，对于地球表面的物体有 对内切圆轨道上的卫星有 根据开普勒第三定律有 根据开普勒第二定律可知，组合体从A运动到B的时间 A错误； B．组合体从C运动到A的过程中，速度增大，根据动量定理有 万有引力的冲量不等于零，B错误； C．组合体释放一枚小卫星至外切圆轨道上，小卫星由低轨道变轨到高轨道，需要在C处加速，C错误； D．根据开普勒第二定律可知，椭圆轨道的面积 D正确。 故选D。 25．（2024高二·全国·专题练习）火箭发射领域“世界航天第一人”是明朝的士大夫万户，他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。假设万户及其所携设备（火箭、燃料、椅子、风筝等）的总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的炽热燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出，忽略空气阻力的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．火箭的推力来源于空气对它的反作用力 B．在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为 C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为 D．在火箭喷气过程中，万户及其所携设备的机械能守恒 【答案】B 【详解】A．火箭的推力来源于喷出的气体对它的反作用力，选项A错误； B．在燃气喷出后的瞬间，由动量守恒定律 解得火箭的速度大小为 选项B正确； C．喷出燃气后，万户及其所携设备能上升的最大高度为 选项C错误； D．在火箭喷气过程中释放能量，万户及其所携设备的机械能增加，选项D错误。 故选B。 26．（23-24高二上·江苏无锡·期中）离子发动机是利用电场加速离子形成高速离子流而产生推力的航天发动机，工作时将推进剂离子化，使之带电，然后在静电场作用下推进剂得到加速后喷出，从而产生推力，这种发动机适用于航天器的姿态控制、位置保持等，航天器质量，单个离子质量，带电量，加速电场的电压为，高速离子形成的等效电流强度为，根据以上信息计算该发动机产生的推力为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】对离子，根据动能定理有 解得 根据电流的定义式则有 对离子，根据动量定理有 解得 根据牛顿第三定律，推进器获得的推力大小为 故选B。 27．载人飞船返回着陆技术是载人航天工程的关键技术之一，我国神舟飞船已实现在1m高处精准反推着陆。质量为的返回舱在着陆前，经过一系列减速后，在距离地面lm时速度为8m/s，此时安装在返回舱底部的4台反推火箭点火工作，使返回舱速度一下降到2m/s（返回舱触地前瞬间速度降为2m/s），实现软着陆。该过程可视为匀变速运动，，以下说法中正确的是（　　） A．返回舱处于失重状态 B．返回舱所受合外力的冲量大小为 C．4台反推火箭点火工作时提供的推力大小为 D．着地过程中缓冲座椅的作用是减少座椅对航天员的冲量 【答案】B 【详解】A．返回舱软着陆过程向下做匀减速运动，具有向上的加速度，处于超重状态，A错误； B．据动量定理可得 即返回舱所受合外力的冲量大小为，B正确； C．设返回舱软着陆过程所用时间为，可得 合力的冲量可表示为 联立解得4台反推火箭点火工作时提供的推力大小为 C错误； D．着地过程中缓冲座椅的作用是减少座椅对航天员的冲击力，D错误。 故选B。 28．（23-24高二下·北京顺义·期中）离子推进器是新一代航天动力装置，它利用加速装置将离子高速喷出以提供反冲力，可用于飞船姿态控制和轨道修正。它的工作原理如图所示：中性推进剂氙原子注入后，被电子枪射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氙离子，氙离子进入正极栅板的速度大小可忽略不计，在正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出，从而使飞船获得推进或调整姿态的反冲力。若每个氙离子的质量为m，电量为q，正、负栅板间的加速电压为U，忽略离子间的相互作用力。 （1）将该离子推进器固定在地面上进行试验，测得单位时间内从喷口喷出的正离子形成的等效电流为I： a.求氙离子经电场加速后通过喷口的速度v的大小； b.求单位时间喷出的氙离子的个数n为多少？ c.该离子推进器产生的平均推力F为多大？ （2）配有该离子推进器的飞船的总质量为M，现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度，此过程中可认为氙离子仍以第（1）中所求的速度通过喷口。推进器工作时飞船的总质量可视为不变。求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N。 【答案】（1）a.，b.，c.；（2） 【详解】（1）a.氙离子在加速过程，根据动能定理有 解得 b.根据电流的定义式有 单位时间喷出的氙离子的个数 解得 c.对时间内射出的离子，根据动量定理有 根据牛顿第三定律，离子推进器产生的平均推力 解得 （2）根据动量守恒定律有 结合上述解得 29．92023年5月10日21时22分，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，天舟六号货运飞船将与在轨运行的空间站进行交会对接。若长征七号遥七运载火箭质量为（不含天舟六号），天舟六号货运飞船的质量为，空间站的质量为M，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，忽略空气阻力和短时间内火箭质量的变化。 （1）点火后搭载天舟六号的长征七号遥七运载火箭在短时间内速度由0增加到，求在时间内长征七号遥七运载火箭获得的平均推力F； （2）求天舟六号与空间站在离地高度为h的轨道对接后绕地球做匀速圆周运动的总动能。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）点火后短时间内，根据动量定理 解得 （2）对接后，根据万有引力提供向心力 解得速度大小 根据黄金代换式 解得 则动能为 电磁学 30．（23-24高二上·浙江·阶段练习）离子推进器是我国新一代航天动力装置，它的工作原理是将氙气通入电离室后被电离为氙离子，利用加速电场加速氙离子，形成向外发射的粒子流，从而对航天飞机产生反冲力使其获得加速度的。某次测试中，氙气被电离的比例为，氙离子喷射速度为，推进器产生的推力为，已知氙离子的比荷为；计算时，取氙离子的初速度为零，忽略粒子之间的相互作用，下列判断正确的是（    ）    A．氙离子的加速电压为 B．离子推进器发射功率为 C．氙离子向外喷射形成的电流约为 D．每秒进入放电通道的氙气质量约为 【答案】AC 【详解】A．氙离子经电场加速，根据动能定理有 可得加速电压为 故选项A正确； B．推进器的推力为，粒子速度从0增加，故推力的功率为 选项B错误； C．在时间内有质量为的氙离子喷出，根据动量定理可得 得 根据电流的定义式 而 得 选项C正确； D．在时间内，有质量为的氙离子以速度喷射而出，由动量定理 得 进入放电通道的氙气质量为，被电离的比例为，则有 联立解得 取可得 故选项D错误。 故选AC。 31．（23-24高一下·北京顺义·期末）“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”中国航天事业取得了让国人骄傲的成绩。变轨技术是航天器入轨过程中的重要一环。实际航行中的变轨过程较为复杂，为方便研究我们将航天器的变轨过程简化为如图1所示的模型：①将航天器发射到近地圆轨道1上；②在A点点火加速使航天器沿椭圆轨道2运行，轨道1和轨道2相切于A点，A、B分别为轨道2的近地点与远地点，地球的中心位于椭圆的一个焦点上；③在远地点B再次点火加速，航天器沿圆轨道3运行，轨道2和轨道3相切于B点。已知引力常量为G，地球的质量为M，轨道1半径为R，轨道3半径为3R，质量为m的质点在地球的引力范围内具有的引力势能（r为物体到地心的距离，取无穷远处引力势能为零）。 （1）求航天器在圆轨道1上运行时的角速度大小ω； （2）开普勒第二定律表明：航天器在椭圆轨道2上运行时，它与地球中心的连线在相等的时间内扫过的面积相等。请根据开普勒第二定律和能量守恒定律，求航天器在椭圆轨道2远地点B的速度大小； （3）在航天器达到预定高度后，通常使用离子推进器作为动力装置再进行姿态和轨道的微小修正。如图2所示，推进剂从P处注入，在A处电离出带电量为q质量为的正离子，进入B时的速度忽略不计，B、C之间存在加速电场，经加速形成电流为I的离子束从喷射口D喷出。已知喷射口D的横截面积为S，从喷射口D喷出的离子束单位体积内含有离子的个数为n，为研究方便，假定离子推进器在太空飞行时不受其他外力，忽略推进器运动的速度。求： a．B、C之间加速电压大小U； b．推进器获得的推力的大小F。 【答案】（1）；（2）；（3）a．；b． 【详解】（1）根据万有引力提供向心力 解得 （2）由开普勒第二定律 由能量守恒 解得 （3）a.根据电流的微观式 解得 根据动能定理 解得 b.设时间内，碰口向外喷出的离子的质量为m，由动量定理得 即 解得 32．党的二十大报告提出，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。以习近平同志为核心的党中央高度重视制造业发展，强调要把制造业高质量发展作为构建现代化产业体系的关键环节，做实做优做强制造业，推动我国从“制造大国”向“制造强国”迈进，电动机的应用必不可少。如图为直流电动机提升重物的装置，重物的重量，电源电动势，电源内阻为，不计各处摩擦，当电动机以的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流。求： （1）重物被恒定速度向上提升过程中电动机的输出功率大小； （2）重物被恒定速度向上提升过程中电源的总功率大小； （3）电动机线圈的电阻； （4）重物被恒定速度向上提升过程中电动机效率。    【答案】（1）300W；（2）450W；（3）；（4） 【详解】（1）电动机的输出功率等于绳对重物拉力的功率，则有 对重物分析有 解得 （2）电源的总功率 P=EI 解得 P=450W （3）对电动机所在回路有 解得 （4）根据上述，电动机的效率为 33．（22-23高三上·广东·阶段练习）电磁炮是当今世界强国争相研发的一种先进武器，我国电磁炮研究处于世界第一梯队。如图所示为某种电磁炮设计的原理示意图，间距为l的两根倾斜导轨平行放置，轨道平面与水平面成一定角度且处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨下端通过开关与电源连接，质量为m、装有弹体的导体棒ab垂直放置在导轨上，闭合开关后，弹体会在安培力的作用下高速发射出去。某次实验中，一靶机悬停在距电磁炮炮口水平距离为d、高为h的高空，炮弹发射出去后，刚好水平击中靶机。设弹体在离开电磁炮发射轨道之前已达到匀速，忽略空气阻力和各处摩擦的影响，整个回路的总电阻为R，重力加速度为g，求： （1）炮弹的发射速度v； （2）电源的电动势E。 【答案】（1）见解析；（2）见解析 【详解】（1）炮弹发射出去后的运动可看作平抛运动的逆过程，则 联立可得 设炮弹的发射速度方向与水平面的夹角为，则 可得 （2）炮弹匀速运动时，有 根据欧姆定律得 联立可得 34．（23-24高二下·山西运城·期末）航天回收舱实现软着陆时，回收舱接触地面前经过喷火反冲减速后的速度为，此速度仍大于要求的软着陆设计速度，为此，科学家设计了一种电磁阻尼缓冲装置，其原理如图所示。主要部件为缓冲滑块K及固定在绝缘光滑缓冲轨道MN和PQ上的回收舱主体，回收舱主体中还有超导线圈（图中未画出），能在两轨道间产生垂直于导轨平面磁感应强度为B的匀强磁场，导轨内的缓冲滑块由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有n匝矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，ab边长为L，当回收舱接触地面时，滑块K立即停止运动，此后线圈与轨道间的磁场发生作用，使回收舱主体持续做减速运动，从而实现缓冲。已知回收舱主体及轨道的总质量为m，缓冲滑块（含线圈）K的质量为M，重力加速度为g，不考虑运动磁场产生的电场，求： （1）缓冲滑块刚落地时回收舱主体的加速度大小； （2）达到回收舱软着陆要求的设计速度时，缓冲滑块K对地面的压力大小。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）线圈切割磁感线产生的感应电动势为 根据欧姆定律，线圈中的电流为 线圈受到的安培力为 根据牛顿第二定律 可得 （2）对滑块，设滑块受到的支持力为，由力的平衡 线圈的速度减小到原来的一半，则安培力减小为 根据牛顿第三定律，滑块对地面的压力为 可得 35．（2023·河北张家口·二模）在半导体集成电路制造过程中需要生产出纯度很高的，可精确控制的一价硼离子束。具体流程如图甲所示，离子源腔室可产生包含有、、、和的等离子体，这些离子从一条狭缝进入吸极并把带正电的离子选出来，正离子通过吸极后垂直于磁场方向进入分析磁体控制的空间，被分析磁体选出的离子束引人到加速管调速，最终获得满足需要的离子束进入工艺腔内。吸极结构示意图如图乙所示，吸极由两个带缝隙的平行金属板（即抑制电极和引出电极）构成，引出电极接地，离子源腔体和引出电极之间的吸极电压为，抑制电极和引出电极之间的抑制电压为。分析磁体提供截面半径为R的圆柱型匀强磁场区域，磁感应强度可调。已知等离子体中的多数离子动能很接近，设为，电子的动能比较大，忽略离子所受重力，元电荷为e。 （1）求从引出电极飞出的离子的动能，以及恰好不能通过抑制电极的电子在离子源中的动能 （2）硼有两种同位素和，若离子质量为10m，在磁场中恰好偏转了90°角，求分析磁体提供的磁感应强度B的最小值。 （3）航天用集成电路要求生产芯片用的硼必须是。离子束进入磁场时并不严格平行而是有个很小的散开角θ，如图丙所示，如果θ较大将导致离开磁场时两种B+离子没有分离，请在（1），（2）问的基础上分析，为了使两种离子分离求这个散开角θ的范围。（提示：请考虑使用散开角度很小，离子轨道半径接近时的近似条件（结果可用根式表示）    【答案】（1），；（2）；（3） 【详解】（1）吸极电压对离子做正功 解得 离子源和抑制电极间的电场对电子做负功，对电子有 解得 （2）离子在磁场中做半径为的匀速圆周运动，当最大时，磁感应强度最小，如图所示    由几何知识可知，的最大值为 在磁场中运动时，由牛顿第二定律可得 解得 （3）离子在磁场中运动的轨迹半径为 离子在磁场中运动时由牛顿第二定律可得 又 可得离子在磁场中运动的轨速半径为 可知两离子半径相差很小，若和离子入射无偏转角时，近似认为两离子经过磁场的过程均偏转了90°，射出磁场时两离子间的距离为轨迹半径之差，如图所示。 即 当入射方向向轨迹圆外侧（向左）偏θ角时，根据几何关系可知离开磁场时偏转的距离为 同理当入射方向向轨迹圆内侧（向右）偏θ角时，离开磁场时偏转的距离为 若恰好不能单独析取时，则满足 解得 所以若能单独析取，应满足 光学、热学 36．（23-24高二下·四川达州·期中）自2013年宇航员王亚平首次太空开讲，10年来中国航天员已开展了5次精彩绝伦的太空授课，中国载人航天科技发展成就惠及全世界青少年。其中“水”相关实验占太空授课中实验总数的一半以上，下列说法不正确的是（　　） A．太空授课时，水球几乎呈完美的球状，是因为水的表面张力 B．水球表面层分子间的作用力表现为分子引力 C．太空授课时，浸润液体在玻璃试管中上升的现象是毛细现象 D．如果改用不浸润的塑料笔芯插入水中，也能能观察到水面在笔芯内上升的现象 【答案】D 【详解】A．太空授课时，水球几乎呈完美的球状，是因为水的表面张力，故A正确； B．液体的表面张力形成的原因是液体表面层分子间的距离大于液体内部分子距离，分子力表现为引力，故B正确； C．太空授课时，浸润液体在玻璃试管中上升的现象是毛细现象，故C正确； D．如果改用不浸润的塑料笔芯插入水中，可观察到水面在笔芯内下降的现象，不能观察到水面在笔芯内上升的现象，故D错误。 本题选错误的，故选D。 37．（2023·广东茂名·一模）空间站是一种在近地轨道长时间运行、可供航天员工作和生活的载人航天器，其运行轨道可以近似为圆。如图甲为我国三名航天员站立在空间站内地板上的情景，图乙是航天员王亚平在空间站做的实验，下列说法正确的是（　　） A．空间站内的航天员处于平衡状态 B．空间站内的航天员不能用拉力器锻炼肌肉力量 C．空间站的加速度比地球同步卫星向心加速度小 D．空间站内漂浮的水滴呈球形是因为水完全失重和水的表面张力共同造成的 【答案】D 【详解】A．空间站内的航天员处于完全失重状态，不是平衡状态，故A错误； B．拉力器的工作原理是弹簧的形变，与重力无关，所以依然能用拉力器锻炼肌肉力量，故B错误； C．因为空间站的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，根据 可知，空间站的加速度比地球同步卫星向心加速度大，故C错误； D．空间站内漂浮的水滴呈球形是因为水完全失重和水的表面张力共同造成的，故D正确。 故选D。 38．大型钛合金构件在航天、航空领域应用广泛，我国使用激光焊接复杂钛合金构件的技术和能力已达到世界一流水平。若焊接所用的激光波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法中正确的是（　　） A．激光焊接利用了激光的相干性 B．激光的频率为 C．激光光子的动量为 D．每个激光脉冲的能量为 【答案】D 【详解】A．激光焊接利用了激光的能量高的特点，故A错误； B．激光的频率 故B错误； C．激光光子的动量 故C错误； D．根据和可知，单个光子的能量，则每个激光脉冲的能量为，故D正确。 故选D。 39．2022年中国空间站全面建造已完成，取得了举世瞩目的航天成就。从2022年5月开始发射天舟四号货运飞船，6月发射神舟载人飞船，7月发射空间站“问天”实验舱，10月发射“梦天”实验舱，并相继与核心舱对接，形成“T”字基本构型，正式完成中国空间站的建设。下列说法正确的是（　　） A．空间站建成后，“问天”实验舱与“梦天”实验舱的向心力大小一定相等 B．若在实验舱内挤出一滴小水滴，处于完全失重环境下的水滴在分子表面张力作用下将呈现出球形 C．要实现“梦天”实验舱从低轨道与高轨道的“天和”核心舱对接，需使“梦天”实验舱加速 D．由于各舱段质量大，因此在轨运行过程中各舱段间作用力也很大 【答案】BC 【详解】A．实验舱的质量不一定相同，故向心力不一定相同，故A错误； B．处于完全失重环境下的水滴在分子表面张力作用下将呈现出球形，故B正确； C．由卫星对接的原理可知，飞船要和在轨的“核心枪”对接，通常是将飞船先发射到较低的轨道，然后在适当位置加速做离心运动，实现与核心枪对接，故C正确； D．各个实验舱也处于完全失重状态，之间相互作用力为0，故D错误。 故选BC。 40．（2024·湖南岳阳·三模）2023年12月21日，神舟十七号航天组完成了天和核心舱太阳翼修复任务。如图所示，气闸舱有两个气闸门，内闸门A与核心舱连接，外闸门B与外太空连接。气闸舱容积，核心舱容积，开始气闸舱和核心舱的气压都为p0（标准大气压）。航天员要到舱外太空行走，需先进入气闸舱。为节省气体，用抽气机缓慢将气闸舱内的气体抽到核心舱内，当气闸舱气压降到和外太空气压相同时才能打开外闸门B，该过程中两舱温度不变，不考虑漏气、新气体产生、航天员进出舱对气体的影响。求： （1）内闸门A的表面积是S，每次抽气的体积为，缓慢抽气过程中，抽气机内气体压强与气闸舱内剩余气体压强始终相等。第1次抽气到核心舱后，两舱气体对内闸门A的压力差ΔF大小； （2）每次抽气的体积还是，抽气几次后气闸舱内压强小于。 【答案】（1）；（2）4次 【详解】（1）第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为p1，由玻意耳定律有 解得 第1次对核心舱充气后，核心舱气压变为p2，则有 解得 所以两舱气体对内闸门A的压力差为 （2）根据题意，第1次对气闸舱抽气后气闸舱气压变为 第2次对气闸舱抽气，有 所以 第n次对气闸舱抽气，有 解得 由此可知，抽气4次后气闸舱内压强小于0.7p0。 41．2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱着陆成功，三名航天员圆满完成了为期六个月的航天飞行任务，此次飞行任务中航天员翟志刚、王亚平先后从天和核心舱节点舱成功出舱执行任务，出舱时他们身着我国新一代“飞天”舱外航天服。舱外航天服是一套非常复杂的生命保障系统，简单的物理模型可以理解为：舱外航天服内密封了一定质量的理想气体，用来提供适合人体生存的气压。出舱前，航天员身着航天服，先从核心舱进入节点舱，此时航天服密闭气体的体积为，压强为，温度为；然后封闭所有内部舱门，对节点舱泄压，直到节点舱压强和外面压强相等时才能打开舱门。 （1）节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到，假设温度不变，求此时航天服内气体压强； （2）打开舱门后，航天员安全出舱，由于外界温度极低，航天服自动控制系统启动，系统能通过加热和充气或者放气等调节方式来保证密闭航天服内气体压强为，温度为，体积为，求调节后航天服内的气体质量与原有气体质量之比。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由于航天服内气体发生等温变化，由玻意耳定律有 带入数值解得 （2）打开舱门后，以航天服内气体为研究对象，假设这部分气体发生等压变化，由盖吕萨克定律有 由于 ， 代入数值解得 由于剩余气体在这个压强下体积为 又有剩余气体与原气体之间质量和体积成正比，则有 1．（2024·河南许昌·一模）2024年1月6日，“华龙一号”4号机组内穹顶吊装就位，我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国的跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用、、分别表示、、核的质量，表示X粒子的质量，c为真空中的光速。以下说法正确的是（　　） A．X为中子， B．太阳就是一个巨大的铀核裂变反应堆 C．上述核反应中放出的核能 D．铀块体积必须达到临界体积，有质子通过时，才能发生链式反应 【答案】C 【详解】A．由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知 故A错误； B．太阳发生的是轻核聚变，所以太阳是一个巨大的热核反应堆，故B错误； C．由题意知，核反应过程中的质量亏损 由质能方程可知，释放的核能 故C正确； D．根据链式反应的条件可知，轴块体积必须达到临界体积，有中子通过时，才能发生链式反应，故D错误。 故选C。 2．我国“华龙一号”是当前核电市场接受度最高的三代核电机型之一，其全面建成有力支撑了我国由核电大国向核电强国跨越。核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X是某种粒子，a是X粒子的个数，用mU、mBa、mKr分别表示、、核的质量，mX表示X粒子的质量，c为真空中的光速，以下说法正确的是（   ） A．的结合能小于与的结合能之和 B．X为中子，a = 2 C．的比结合能比的大 D．上述核反应中放出的核能E = (mU－mBa－mKr－3mX)c2 【答案】A 【详解】A．核裂变要释放能量，则核裂变产物与的结合能之和一定大于原来重核的结合能，A正确； B．由电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子，由质量数守恒知 a = 3 B错误； C．核裂变过程释放能量，比结合能变大，则的比结合能比的小，C错误； D．由题意知，核反应过程中的质量亏损 m = mU－mBa－mKr－2mX 由质能方程可知，释放的核能 E = (mU－mBa－mKr－2mX)c2 D错误。 故选A。 3．（2023·北京通州·一模）为寻找可靠的航天动力装置，科学家们正持续进行太阳帆推进器和离子推进器的研究。太阳帆推进器是利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力，离子推进器则是利用电场加速后的离子气体的反冲作用加速航天器。 （1）由量子理论可知每个光子的动量为（h为普朗克常量，为光子的波长），光子的能量为为光子的频率），调整太阳帆使太阳光垂直照射，已知真空中光速为c，光子的频率v，普朗克常量h，太阳帆面积为S，时间t内太阳光垂直照射到太阳帆每平方米面积上的太阳光能为E，宇宙飞船的质量为M，所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射，求： ①时间t内作用在太阳帆的光子个数N； ②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小。 （2）离子推进器的原理如图所示：进入电离室的气体被电离，其中正离子飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A，B间电压为U，使正离子加速形成离子束，在加速正离子束的过程中所消耗的功率为P，推进器获得的恒定推力为F．为提高能量的转换效率，即要使尽量大，请通过论证说明可行的方案。设正离子质量为m，电荷量为q。 【答案】（1）①；②；（2），为提高能量的转换效率，可以用质量大的粒子、用带电量少的离子、减小加速电压。 【详解】（1）①时间t内，作用在太阳帆的光子的总能量为 时间t内作用在太阳帆的光子个数为 ②根据动量定理得 故太阳光对飞船的推力为 根据牛顿第二定律可知，在太阳光压下宇宙飞船的加速度为 （2）正离子飘入匀强电场，电场力做功功率为 正离子在电场中做匀加速直线运动，则有 联立，可得 根据牛顿第三定律，可知引擎获得的推力F的大小为 分析，可知 为提高能量的转换效率，可以用质量大的粒子、用带电量少的离子、减小加速电压。 4．（22-23高三上·北京昌平·期末）轨道炮是一种正在发展中的电磁投射装置，目前能将质量10 kg的弹丸加速到时速9000 km，射程可达200 km以上．除军事外，轨道炮在航天、可控核聚变等领域也有一定的应用前景．它的基本结构如图所示．两根长直金属导轨平行放置，投射物通常为金属弹丸，可视为一段导体，两端分别与两根导轨接触．现将开关K闭合，两根导轨与投射物组成闭合回路，回路中有很大的电流通过． （1）指出投射物上某点P处的磁感应强度B的方向； （2）简述轨道炮投射物体的物理原理； （3）实际设计制造轨道炮装置时可能会遇到哪些技术问题？ 【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析 【详解】（1）由毕-萨定律可知，P点B的方向垂直于纸面向里；   （2）开关K闭合后，回路中电流沿顺时针方向，投射物中任一点处B的方向垂直于纸面向里，投射物所受安培力向右，将其抛出。   （3）开放问题，回答可不局限于此。 ①为获得足够推力，电流必然很大，会带来发热问题，需要冷却装置，导轨及弹丸要用熔点高的材料制作；②如何制造能提供强大电流的电源；③两导轨所受安培力使其互相排斥，需要高强度的材料制作导轨。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$