热点02 航天强国-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（北京专用）

热点02 航天强国 我国航天事业正迈向航天强国新征程，2025年将执行两次载人飞行任务和一次货运飞船补给任务，载人月球探测工程稳步推进，空间站应用与国际合作不断深化。 在火箭技术方面，我国正在研发重型火箭和新一代载人火箭，可重复使用航天器的开发也在推进，未来有望实现航班化航天运输；在空间应用方面，通信、导航和遥感卫星技术不断升级，北斗卫星导航系统已实现全球服务，此外，遥感卫星分辨率不断提高，观测手段日益丰富；载人航天和深空探测方面，我国已建成“天宫”空间站，未来还将开展载人登月和火星采样返回任务。 （建议用时：130分钟） 万有引力、重力、天宫课堂 1．（2024全国甲）2024年5月，嫦娥六号探测器发射成功，开启了人类首次从月球背面采样返回之旅。将采得的样品带回地球，飞行器需经过月面起飞、环月飞行、月地转移等过程。月球表面自由落体加速度约为地球表面自由落体加速度的。下列说法正确的是（　　） A．在环月飞行时，样品所受合力为零 B．若将样品放置在月球正面，它对月球表面压力等于零 C．样品在不同过程中受到的引力不同，所以质量也不同 D．样品放置在月球背面时对月球的压力，比放置在地球表面时对地球的压力小 2．（2023西城高三期末）2022年7月24日，问天实验舱成功发射。问天实验舱配置了多种实验柜用来开展太空实验。其中，变重力科学实验柜为科学实验提供0.01g~2g（零重力到两倍重力范围）高精度模拟的重力环境，支持开展微重力、模拟月球重力、火星重力等不同重力水平下的科学研究。如图所示，变重力实验柜的主要装置是两套900毫米直径的离心机。离心机旋转的过程中，由于惯性，实验载荷会有一个向外飞出的趋势，对容器壁产生压力，就像放在水平地面上的物体受到重力挤压地面一样。因此，这个压力的大小可以体现“模拟重力”的大小。根据上面资料结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．实验样品的质量越大，“模拟重力加速度”越大 B．离心机的转速变为原来的2倍，同一位置的“模拟重力加速度”变为原来的4倍 C．实验样品所受“模拟重力”的方向指向离心机转轴中心 D．为防止两台离心机转动时对空间站的影响，两台离心机应按相反方向转动 3．（2022房山二模）2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400km的中国载人空间站“天宫”上进行了太空科学探究。授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，下列说法正确的是（　　） A．在“天宫”中水和油因为没有受到地球引力而处于漂浮状态 B．“天宫”的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间 C．在“天宫”中做“太空抛物实验”时冰墩墩被抛出后做平抛运动 D．利用密度不同，“天宫”中让水和油的混合物做圆周运动能使水和油分离 4．（2023潞河三模）太空行走又称为出舱活动。狭义的太空行走即指航天员离开载人航天器乘员舱进入太空的出舱活动。我国航天员已经实现了多次太空行走。关于太空行走，下列说法正确的是（　　） A．航天员在太空行走时所受合外力为零 B．航天员在太空行走时处于完全失重状态 C．航天员在太空行走时可模仿游泳向后划着前进 D．若航天员在太空行走时与连接航天器的安全绳脱离，航天员会立刻高速飞离航天器 5．（2022东城三模）2021年10月16日，载有3名航天员的神舟十三号载人飞船进入太空，这将首次考核并验证航天员长期在轨驻留空间站能力。已知空间站在离地高度约为400km的圆形轨道飞行，则下列说法正确的是（　　） A．载人飞船在加速升空阶段宇航员处于超重状态，宇航员受万有引力比在地面时大 B．空间站的桌面上放一个玻璃杯，两者相对静止，此时玻璃杯对桌面没有压力 C．与离地高度约为36000km的同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更小 D．宇航员在空间站外面检修时若松手手中的工具，工具将会落向地面 卫星环绕与观测 1．（2024西城一模）2023年，我国首颗超低轨道实验卫星“乾坤一号”发射成功。“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星。关于它的运动，下列说法正确的是（　　） A．角速度大于地球自转的角速度 B．线速度大于地球的第一宇宙速度 C．线速度小于地球表面物体随地球自转的线速度 D．向心加速度小于地球表面的物体随地球自转的向心加速度 2．（2024精华学校三模）2024年，我国探月计划第六个探测器嫦娥六号将于上半年出征月球，并且飞往月球背面采集土壤并返回地球。如图所示，为地球的球心、为月球的球心，图中的P点为地—月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置关系不变，以和月球相同的角速度绕地球匀速圆周运动。地球上的人总是只能看到月球的正面，嫦娥六号将要达到的却是月球背面的M点，为了保持和地球的联系，我国于4月12日成功发射鹊桥二号中继通信卫星，让其在以P点为圆心、垂直于地月连线的圆轨道上运动。下列说法正确的是（　　） A．我们无法看到月球的背面，是因为月球的自转周期和公转周期相同 B．发射嫦娥六号时，发射速度要超过第二宇宙速度，让其摆脱地球引力的束缚 C．以地球球心为参考系，鹊桥二号中继卫星做匀速圆周运动 D．若“鹊桥二号”和月球的公转轨道半径之比为n，那么它们的公转周期之比为 3．（2025东城上学期期末）星下点监控可实时显示卫星的运行状态。卫星和地心的连线与地球表面的交点称为星下点，即卫星在地面上的投影点。某卫星绕地球的运动可视为匀速圆周运动，其轨道如图甲中虚线所示。该卫星的监控画面如图乙所示，下方数值表示经度，曲线是星下点的轨迹展开图，图中给出了卫星第Ⅰ圈、第Ⅱ圈和第Ⅲ圈的星下点轨迹展开图，其中P点是第Ⅰ、Ⅱ圈的星下点轨迹展开图的一个交点。已知地球自转周期为24h，卫星绕行方向如图甲所示。下列说法正确的是（　　） A．该卫星第Ⅰ、Ⅱ圈星下点经过P点的时间间隔等于该卫星的运行周期 B．根据赤道与星下点轨迹展开图的交点，可知该卫星的运行周期约1.5h C．若地球没有自转，则该卫星的星下点轨迹为一个点 D．地球静止轨道卫星的星下点轨迹可能经过P点 宇宙航行 1．（2024湖北卷）太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时针方向做匀速圆周运动，如图中实线所示。为了避开碎片，空间站在P点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则（　　） A．空间站变轨前、后在P点的加速度相同 B．空间站变轨后的运动周期比变轨前的小 C．空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小 D．空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大 2．（2021东城二模）地球半径约为6400km，地球表面的大气随海拔高度增加而变薄，大气压强也随之减小到零，海拔100km的高度被定义为卡门线，为大气层与太空的分界线。有人设想给太空飞船安装“太阳帆”，用太阳光的“光子流”为飞船提供动力来实现星际旅行。已知在卡门线附近，一个正对太阳光、面积为1.0×106m2的平整光亮表面，受到光的压力约为9N；力虽小，但假设以同样材料做成面积为1.0×104m2的“帆”安装在飞船上，若只在光压作用下，从卡门线附近出发，一个月后飞船的速度可达到2倍声速。设想实际中有一艘安装了“帆”（面积为1.0×104m2）的飞船，在卡门线上正对太阳光，下列说法正确的是（　　） A．飞船无需其他动力，即可不断远离太阳 B．一年后，飞船的速度将达到24倍声速 C．与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，“帆”上的压力约为2.25×10-2N D．与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，飞船的加速度为出发时的 3．（2022延庆一模）2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ，运行周期为T1，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点与天和核心舱对接。则下列说法正确的是（　　） A．神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上运动时将不受重力的作用 B．神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为 C．神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期 D．正常运行时，神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上经过B点的加速度大于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度 4．（2022西城高三期末）2021年10月16日我国的神舟十三号载人飞船成功发射，并于当天与距地表约的空间站完成径向交会对接。径向交会对接是指飞船沿与空间站运动方向垂直的方向和空间站完成交会对接。掌握径向对接能力，可以确保中国空间站同时对接多个航天器，以完成不同批次航天员在轨交接班的任务，满足中国空间站不间断长期载人生活和工作的需求。交会对接过程中神舟十三号载人飞船大致经历了以下几个阶段：进入预定轨道后经过多次变轨的远距离导引段，到达空间站后下方处；再经过多次变轨的近距离导引段到达距离空间站后下方更近的“中瞄点”；到达“中瞄点”后，边进行姿态调整，边靠近空间站，在空间站正下方200米处调整为垂直姿态（如图所示）；姿态调整完成后逐步向核心舱靠近，完成对接。已知在点火过程中忽略燃料引起的质量变化，根据上述材料，结合所学知识，判断以下说法正确的是（　　） A．远距离导引完成后，飞船绕地球运行的线速度小于空间站的线速度 B．近距离导引过程中，飞船的机械能将增加 C．姿态调整完成后，飞船绕地球运行的周期可能大于24小时 D．姿态调整完成后，飞船沿径向接近空间站过程中，需要控制飞船绕地球运行的角速度与空间站的角速度相同 5．（2022中关村中学三模）2020年7月23日12时41分，我国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将“天问一号”火星探测器发射升空，并成功送入预定轨道，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。假设火星和地球绕太阳公转的运动均可视为匀速圆周运动。某一时刻，火星会运动到日地连线的延长线上，如图所示。下列选项正确的是（　　） A．“天问一号”在发射过程中处于完全失重状态 B．图示时刻发射“天问一号”，可以垂直地面发射直接飞向火星 C．火星的公转周期大于地球的公转周期 D．从图示时刻再经过半年的时间，太阳、地球、火星再次共线 卫星发射与回收 1．（2024广东卷）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（　　） A．该行星表面的重力加速度大小为 B．该行星的第一宇宙速度为 C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为 D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW 2．（2025人大附高三期中）“嫦娥五号”月球探测器返回舱为了安全带回样品，采用了类似“打水漂”多段多次减速技术。如图所示，用虚线球面表示地球大气层边界，边界外侧没有大气。关闭发动机的返回舱从a点滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，经d点后再从e点“跃入”。d点为轨迹最高点，距离地面高度为h，已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R。则下列分析正确的是（　　） A．a、c、e三点的速率满足 B．返回舱在b点有竖直向下的加速度分量 C．返回舱在d点时的角速度小于 D．返回舱在c→d点与d→e点的时间相等 3．（2023西城一模）2022年12月4日，神舟十四号乘组与十五号乘组完成在轨轮换后，返回地球．载人飞船返回舱进入大气层后，距地面左右时开启降落伞，速度减至约，接下来以这个速度在大气中降落，在距地面时，返回舱的四台缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速，到达地面时速度约为．由以上信息可知（　　） A．开启降落伞减速的过程中，舱体处于失重状态 B．在大气中匀速降落过程中，舱体的机械能保持不变 C．缓冲发动机开启过程中，航天员的加速度约为 D．舱体与地面撞击的过程中，撞击力的冲量大于舱体重力的冲量 4．（2025东城高三上期末）地球质量为M，半径为R，地球自转角速度为，万有引力常量为G。不计地球大气对卫星的作用。 （1）现发射一颗质量为m，绕地球做匀速圆周运动的近地卫星（不计卫星距地面的高度），求卫星的运行速度v的大小。 （2）设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，始终与地球自转同步，如图所示。这种太空电梯可用于低成本发射卫星，其发射方法是将卫星通过太空电梯匀速提升到某高度，然后启动推进装置将卫星从太空电梯发射出去。 设在某次发射时，质量为的卫星在太空电梯中缓慢上升，该卫星在上升到距地心kR（k＞1）的位置A处意外地和太空电梯脱离而进入太空。卫星脱离时的速度可认为等于太空电梯上该位置处的线速度。已知质量为和的两个质点，距离为r时的引力势能表达式为。 a．求该卫星脱离时的速度大小； b．结合开普勒定律，请说明如何判断卫星脱离后是否会撞击地球表面。（不必求解具体结果，但要写出判断所需的方程，并指出需要求解哪个物理量，说明如何判断。） 5．（2024人大附一模）火箭是根据反冲原理制成的航天工具。在火箭点火升空的过程中，火箭受到的推力远大于其自身重力，为便于计算，在分析过程中可忽略重力的影响。 （1）如图1所示，为获取推力，火箭在单位时间内将质量为m的燃料以相对于火箭的速度u竖直向下喷出，已知燃料高速喷出时的速度变化量远大于火箭速度的变化量。求火箭受到的推力F的大小； （2）火箭与其所载燃料的初始质量为，在时刻，火箭由静止出发，测得其加速度的倒数随时间t的变化是一条如图2所示的直线，已知该直线的纵截距为b，并经过点Q，其坐标为。求火箭在单位时间内喷出燃料的质量m与燃料喷出时相对于火箭的速度u； （3）若某火箭由静止起飞，其加速度a随时间t的变化图像如图3所示，在时，其质量为，求此时推力对火箭做功的瞬时功率（保留两位有效数字）。 双星与引力波 1．（2023育才模拟）引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖。双星的运动是产生引力波的来源之一，假设宇宙中有一双星系统由P、Q两颗星体组成，这两颗星绕它们连线的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，测得P星的周期为T，P、Q两颗星的距离为l，P、Q两颗星的轨道半径之差为△r（P星的轨道半径大于Q星的轨道半径），引力常量为G，求： （1）Q、P两颗星的线速度之差△v； （2）Q、P两颗星的质量之差△m。 2．（2024海淀一模）两个天体组成双星系统，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。科学家在地球上用望远镜观测由两个小行星构成的双星系统，看到一个亮度周期性变化的光点，这是因为当其中一个天体挡住另一个天体时，光点亮度会减弱。科学家用航天器以某速度撞击该双星系统中较小的小行星，撞击后，科学家观测到光点明暗变化的时间间隔变短。不考虑撞击后双星系统的质量变化。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A．被航天器撞击后，双星系统的运动周期变大 B．被航天器撞击后，两个小行星中心连线的距离增大 C．被航天器撞击后，双星系统的引力势能减小 D．小行星质量越大，其运动的轨道越容易被改变 3．（2020井庄中学模拟）2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家，以表彰他们为发现引力波所作的贡献．引力波被认为是时空弯曲的一种效应，物体加速运动时会给宇宙时空带来扰动，这种扰动会以光速向外传播能量．如图为科学家们探测引力波的装置示意图，发射器发出的激光S经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2，然后经过4km长的两臂，在两臂端点处经反射镜反射回来，S1和S2相遇形成干涉，被探测器接收．精确调节两臂，使探测器在无引力波作用时，接收到的信号强度为0．当有引力波作用时，两臂长度将因此而发生改变，则接收到的信号强度不为0．下列说法正确的是（　　） A．引力波可以超光速传播 B．引力波不能传播能量 C．探测器接收到的两束波的频率相同 D．无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0 观测研究（暗物质、宇宙膨胀、磁场） 1．（2024北京卷）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点O为观测点，以质量为m的小星体（记为P）为观测对象。当前P到O点的距离为，宇宙的密度为。（　　） （1）求小星体P远离到处时宇宙的密度ρ； （2）以O点为球心，以小星体P到O点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力。已知质量为和、距离为R的两个质点间的引力势能，G为引力常量。仅考虑万有引力和P远离O点的径向运动。 a．求小星体P从处远离到。处的过程中动能的变化量； b．宇宙中各星体远离观测点的速率v满足哈勃定律，其中r为星体到观测点的距离，H为哈勃系数。H与时间t有关但与r无关，分析说明H随t增大还是减小。 2．（2024山东济宁开学考）漩涡星系是宇宙中一种常见的星系结构，它又分为螺旋星系（S系）和棒旋星系（SB系）。其中螺旋星系由明亮的中央核心和美丽的旋臂构成。中央核心区域存在大量的恒星系团，旋臂中含有星际物质和年青的恒星。建立简化的螺旋星系结构模型，中央核心区可以看作半径为R的球体，总质量为M，巨量的恒星均匀的分布在中央核心区内。在核心区之外的旋臂上仅有极少的恒星和星际物质。整个星系所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动，恒星到星系中心的距离为r，引力常量为G。 （1）求处于旋臂区域（r>R）的恒星做匀速圆周运动的周期大小T与r的关系式； （2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零，利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识，求分布在中央核心区（r≤R）的恒星做匀速圆周运动的周期； （3）科学家通过天文观测，得到位于此螺旋星系旋臂区域（r>R）的恒星做匀速圆周运动的周期大小T随r的变化关系图像如图所示。根据在r>R范围内的恒星周期随r的变化规律，科学家预言螺旋星系旋臂区域（r>R）存在一种特殊物质，称之为暗物质（真实存在但无法直接观测）。暗物质与通常的物质会发生万有引力相互作用，并遵循万有引力定律，求r＝nR内暗物质的质量。 3．（2024丰台高三期末）恒星生命尽头，在一定条件下通过引力坍缩可以形成中子星。磁陀星是中子星的一种，拥有极强的磁场，两极的磁感应强度约为。地球表面的磁场磁感应强度最弱约，最强仅为。 （1）已知磁陀星和地球两极的磁场小范围内均可视作匀强磁场，忽略带电粒子与天体之间的万有引力。 a．带电粒子在地球和磁陀星两极以垂直于磁场的方向运动时可做匀速圆周运动，求比荷相同的带电粒子在地球与磁陀星两极运动时的周期之比； b．如图1所示，若磁陀星两极某圆心为O的圆形磁场区域的磁感应强度B随时间t均匀减小，即满足关系（k为常量），请分析并论证在磁场中到O点距离为r处某静止的带电粒子能否以O点为圆心做完整的圆周运动。 （2）磁陀星本身还会高频自转，形成并持续释放出和磁陀星一起自转的极细高能电磁辐射束，如图2所示。这个过程有点类似于海上的灯塔，发出的光周期性地掠过人们的眼球。当辐射束扫过地球的时候，地球就能接收到信号。中国天眼FAST凭借全球最高的灵敏度，成为深度监测宇宙辐射的主力。FAST监测到某次高能辐射（一种解释是此辐射源自于磁陀星）持续时间为，相当于接收太阳一个月（实际接收时间为）释放出的总能量。已知FAST每经过时间T能接收到一次信号，太阳的辐射功率为，日地距离为r，该磁陀星到地球的距离为L，假设FAST在某时刻处于磁陀星辐射束的中心，求磁陀星的辐射功率P（假设在辐射束内，到磁陀星距离相等的面上能量均匀分布）。（　　） 三宇宙速度与黑洞观测 1．（2024海淀一模）物体在星球附近绕星球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度（又叫作环绕速度）；在星球表面附近发射物体的速度等于或大于，物体就会克服该星球的引力，永远离开该星球，这个速度叫作第二宇宙速度（又叫作逃逸速度）。已知引力常量为G。在以下问题的讨论中，空气阻力及星球自转的影响均忽略不计。 （1）若将地球视为质量均匀分布的球体，已知地球的质量为M，半径为R。 a．请证明地球的第一宇宙速度的大小； b．某同学设想从地面以第一宇宙速度的大小竖直上抛一个可视为质点的物体，关于该物体上升的最大高度，他的解答过程如下： 设物体的质量为m，上升的最大高度为h，重力加速度为g，由机械能守恒定律有： ，又，，所以联立得：该同学的上述解答是否正确?若不正确，请指出上述错误的原因，并分析说明物体上升的最大高度h应该比大还是小? （2）由于引力的作用，星球引力范围内的物体具有引力势能。设有一质量分布均匀的星球，质量为M，半径为R，当取物体距离星球无穷远处的引力势能为零时，则物体(质量为m)在距离该星球球心为r(r≥R)处时的引力势能为天体的质量越大，半径越小，逃逸速度也就越大，其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。如果有这样的天体，它的质量非常大，半径又非常小，以至于以的速度传播的光也不能从它的表面逃逸出去，这种天体就称为黑洞。1799年，法国科学家拉普拉斯指出，对于一个质量为M的球状物体，当其半径R小于时，即是一个黑洞。请你根据所给信息并结合所学知识，证明上述结论。 2．（2024人大附三模）2020年诺贝尔物理学奖聚焦天体物理学领域，带我们发现宇宙探索的又一“高光时刻”——黑洞和银河系“最深处的秘密”。莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹因发现了银河系中心的超大质量天体而获奖。如图是天文学家记录银河系中心天体的运动轨迹，有的做椭圆运动，有的做圆周运动。通过望远镜获得天体的光谱，并通过和标准的光谱做比较，得到某些特征谱线波长的变化量，从而计算出天体的运动速度。通过记录这些天体的位置和测量它们的速度，可以估算出银河中心的质量，由此得到银河系中心存在黑洞的证据。现观测某天体在绕银河系中心运动，某个时刻天体的速度是v，离银河系中心的距离是R，小红和小黑分别利用这个数据去估算黑洞质量，小红利用环绕速度来估算，而小黑利用逃逸速度来估算黑洞质量。只考虑天体和黑洞间的相互作用，不考虑天体间的相互作用，以下说法正确的是（　　） A．光谱测速利用的是电磁波的多普勒效应，而机械波没有多普勒效应 B．如果测得天体光谱中的特征谱线波长偏大，说明该天体在靠近地球 C．小红估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏大 D．小黑估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏小 3．（2023北大附三模）2019年4月10日，人类史上首张黑洞照片发布，照片中是室女座巨椭圆星系M87的黑洞照片，这是黑洞存在最直接的视觉证据．黑洞最初是一个衰老的巨大恒星，它的质量要达到太阳的数十倍以上，恒星不断的发光发热，随着恒星中心的“燃料”不断消耗，恒星内部能量不足，无法支撑外壳重压，恒星内核开始塌缩．最终，所有物质缩成一个体积接近无限小的点，这便是奇点．奇点会形成强大引力场，吸收周围物质，就连光也会被吸进去，至此黑洞诞生．拍摄黑洞用的是事件视界望远镜，该望远镜收集到的不是我们日常的可见光，而是一种波长比光波更长的亚毫米波，亚毫米波本身是没有颜色的区别，科学家们实际上只能感受到强弱的不同．发布的图片中心黑暗区域正中为黑洞．周围环绕一个新月状光环，一侧亮一些，另一侧暗一些，是因为光环旋转，导致接收者接收到相位和频率变化造成的．根据以上信息下列说法正确的是（　　） A．恒星发光发热是恒星内部的核裂变造成的 B．环状新月型光环上下两侧不对称是多普勒效应造成的 C．黑洞的第一宇宙速度是光速 D．事件视界望远镜收集的亚毫米波比可见光的频率大 月壤与核反应 1．（2022延庆一模）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号携带2公斤月壤回归地球。数十亿年太阳风的吹拂下，月壤奇迹般收藏了几百万吨氦3，这是大自然赐给人类的宝贵财富，先到先得。随着能源危机的加剧和航天成本的降低，使得登陆月球有了现实意义。用氦3替代具有放射性的氚与氘聚变时，不产生中子，是完美的核燃料，按目前的用电量，可以支撑人类一万年。然而，这种完美的能源地球上几乎不存在。根据文中信息和所学知识判断，下列说法正确的是（　　） A．对于星球来说几百万吨不算多，是由于月球引力小，只能吸住较少的氦3 B．由于月球的遮挡，地球上很难通过太阳风获得氦3 C．地球引力比月球大很多，所以地球大气中含有大量的氢气 D．氚与氘聚变时产生的中子辐射强且不带电，是磁约束可控核聚变的一大难题 1．（2023东城一模）我国科研人员对“嫦娥五号”返回器携带的月壤样品进行研究，取得了重大科研成果，科研人员通过X射线衍射、聚焦离子束等一系列技术手段对样品进行分析研究，首次发现了一种新矿物并确定其晶体结构，被国际权威机构命名为“嫦娥石”。聚焦离子束技术是利用电场将离子束聚焦成极小尺寸的显微加工技术，经过聚焦的高能离子束轰击样品，与其表面原子的相互作用过程比较复杂，若表面原子受碰撞后运动方向是离开表面，而且能量超过一定数值时，会有粒子从表面射出，粒子可能是原子、分子，也可能是正负离子、电子、光子。除发现“嫦娥石”外，科研人员还首次准确测定了月壤样品中氦3的含量和提取温度，氦3被科学家视为未来核聚变反应的理想原料。若氦3参与核聚变反应，不会产生核辐射，且可以释放更多能量，氦3主要来自太阳风——太阳喷射出来的高能粒子流。月球没有磁场和大气的保护，太阳风可以直接降落在月球表面，使其携带的氦3得以保存，但氦3在地球上含量极少，根据以上信息及所学知识判断，下列说法错误的是（　　） A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近 B．利用聚焦离子束技术可以将光束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应 C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损 D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面 1．（2024教师进修学校一模）2022年10月，我国发射的“夸父一号”太阳探测卫星成功进入距地面高度为720km、周期约为100分钟的太阳同步晨昏轨道，如图所示。所谓太阳同步晨昏轨道，从宇宙中看，卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳，可实现全天候对太阳磁场、太阳耀斑等进行观测。下列说法正确的是（　　） A．“夸父一号”每绕地球1周，地球自转25° B．“夸父一号”绕地球运动的向心加速度大于地球表面重力加速度 C．“夸父一号”绕垂直于地球自转轴旋转 D．“夸父一号”的发射速度大于 2．（2022一零一中学二模）2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场，应用长征五号运载火箭送入地火转移轨道。火星距离地球最远时有4亿公里，最近时大约0.55亿公里。由于距离遥远，地球与火星之间的信号传输会有长时间的时延。当火星离我们最远时，从地球发出一个指令，约22分钟才能到达火星。为了节省燃料，我们要等火星与地球之间相对位置合适的时候发射探测器。受天体运行规律的影响，这样的发射机会很少。为简化计算，已知火星的公转周期约是地球公转周期的1.9倍，认为地球和火星在同一平面上、沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．当探测器加速后刚离开A处的加速度与速度均比火星在轨时的要大 B．当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约10分钟到达火星 C．如果火星运动到B点，地球恰好在A点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹AC运动到C点时，恰好与火星相遇 D．下一个发射时机需要再等约2.7年 3．（2024西城二模）黑洞是存在于宇宙空间中的一种特殊天体。人们可以通过观测黑洞外的另一个天体（也称伴星）的光谱来获取信息。如图所示，若伴星绕黑洞沿逆时针方向做匀速圆周运动，伴星的轨道与地球的视向方向共面。人们在地球上观测到的伴星光谱谱线的波长，式中是光源静止时的谱线波长，c为光速，v为伴星在地球视向方向的分速度（以地球的视向方向为正方向）。已知引力常量G，不考虑宇宙膨胀和黑洞引力导致的谱线波长变化。下列说法正确的是（　　） A．观测到伴星光谱谱线的波长，对应着伴星向远离地球的方向运动 B．观测到伴星光谱谱线波长的最大值，对应着伴星在图中A位置 C．根据伴星光谱谱线波长变化的周期和最大波长可以估测黑洞的密度 D．根据伴星光谱谱线波长变化的周期和最大波长可以估测伴星运动的半径 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点02 航天强国 我国航天事业正迈向航天强国新征程，2025年将执行两次载人飞行任务和一次货运飞船补给任务，载人月球探测工程稳步推进，空间站应用与国际合作不断深化。 在火箭技术方面，我国正在研发重型火箭和新一代载人火箭，可重复使用航天器的开发也在推进，未来有望实现航班化航天运输；在空间应用方面，通信、导航和遥感卫星技术不断升级，北斗卫星导航系统已实现全球服务，此外，遥感卫星分辨率不断提高，观测手段日益丰富；载人航天和深空探测方面，我国已建成“天宫”空间站，未来还将开展载人登月和火星采样返回任务。 （建议用时：130分钟） 万有引力、重力、天宫课堂 1．（2024全国甲）2024年5月，嫦娥六号探测器发射成功，开启了人类首次从月球背面采样返回之旅。将采得的样品带回地球，飞行器需经过月面起飞、环月飞行、月地转移等过程。月球表面自由落体加速度约为地球表面自由落体加速度的。下列说法正确的是（　　） A．在环月飞行时，样品所受合力为零 B．若将样品放置在月球正面，它对月球表面压力等于零 C．样品在不同过程中受到的引力不同，所以质量也不同 D．样品放置在月球背面时对月球的压力，比放置在地球表面时对地球的压力小 【答案】D 【解析】A．在环月飞行时，样品所受合力提供所需的向心力，不为零，故A错误； BD．若将样品放置在月球正面，它对月球表面压力大小等于它在月球表面的重力大小；由于月球表面自由落体加速度约为地球表面自由落体加速度的，则样品在地球表面的重力大于在月球表面的重力，所以样品放置在月球背面时对月球的压力，比放置在地球表面时对地球的压力小，故B错误，D正确； C．样品在不同过程中受到的引力不同，但样品的质量相同，故C错误。故选D。 2．（2023西城高三期末）2022年7月24日，问天实验舱成功发射。问天实验舱配置了多种实验柜用来开展太空实验。其中，变重力科学实验柜为科学实验提供0.01g~2g（零重力到两倍重力范围）高精度模拟的重力环境，支持开展微重力、模拟月球重力、火星重力等不同重力水平下的科学研究。如图所示，变重力实验柜的主要装置是两套900毫米直径的离心机。离心机旋转的过程中，由于惯性，实验载荷会有一个向外飞出的趋势，对容器壁产生压力，就像放在水平地面上的物体受到重力挤压地面一样。因此，这个压力的大小可以体现“模拟重力”的大小。根据上面资料结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．实验样品的质量越大，“模拟重力加速度”越大 B．离心机的转速变为原来的2倍，同一位置的“模拟重力加速度”变为原来的4倍 C．实验样品所受“模拟重力”的方向指向离心机转轴中心 D．为防止两台离心机转动时对空间站的影响，两台离心机应按相反方向转动 【答案】BD 【解析】A．根据题意可得，可得模拟重力加速度，模拟重力加速度与样品的质量无关，离心机的转速变为原来的2倍，同一位置的“模拟重力加速度”变为原来的，故A错误，B正确； C．实验载荷因为有向外飞出的趋势，对容器壁产生的压力向外，所以模拟重力的方向背离离心机转轴中心，故C错误； D．根据牛顿第三定律可知，一台离心机从静止开始加速转动，会给空间站施加相反方向的力，使空间站发生转动，所以为防止两台离心机转动时对空间站的影响，两台离心机应按相反方向转动，故D正确。 故选BD。 3．（2022房山二模）2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400km的中国载人空间站“天宫”上进行了太空科学探究。授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，下列说法正确的是（　　） A．在“天宫”中水和油因为没有受到地球引力而处于漂浮状态 B．“天宫”的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间 C．在“天宫”中做“太空抛物实验”时冰墩墩被抛出后做平抛运动 D．利用密度不同，“天宫”中让水和油的混合物做圆周运动能使水和油分离 【答案】D 【解析】A．在“天宫”中水和油因为处于完全失重状态而处于漂浮状态，但并不是没有受到地球引力，此时地球引力全部提供给“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动的向心力，故A错误； B．第一宇宙速度是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，同时也是物体绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，当物体的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间时，物体将绕地球做椭圆运动，所以“天宫”的运行速度一定小于第一宇宙速度，故B错误； C．由于“天宫”中物体处于完全失重状态，所以不存在重力使物体物体下落的作用效果，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，故C错误； D．“天宫”中物体处于完全失重状态，所以油和水的混合物不能像在地球表面上一样出现“油在上，水在下”的分离情况，但可以通过让二者做匀速圆周运动，从而产生向心加速度，进而让水和油分离开，故D正确。故选D。 4．（2023潞河三模）太空行走又称为出舱活动。狭义的太空行走即指航天员离开载人航天器乘员舱进入太空的出舱活动。我国航天员已经实现了多次太空行走。关于太空行走，下列说法正确的是（　　） A．航天员在太空行走时所受合外力为零 B．航天员在太空行走时处于完全失重状态 C．航天员在太空行走时可模仿游泳向后划着前进 D．若航天员在太空行走时与连接航天器的安全绳脱离，航天员会立刻高速飞离航天器 【答案】B 【解析】AB．航天员在太空行走依然受到地球的引力，这个引力提供了航天员圆周运动的向心力，在轨道上的所有物体间没有相互挤压，故航天员在太空行走时处于完全失重状态，A错误，B正确； C．太空中没有空气等能与航天员产生相互作用力的物质，故航天员在太空行走时不可以模仿游泳向后划着前进，C错误； D．若航天员在太空行走时与连接航天器的安全绳脱离，由万有引力提供向心力可知，航天员会与航天器相对静止，D错误。 故选B。 5．（2022东城三模）2021年10月16日，载有3名航天员的神舟十三号载人飞船进入太空，这将首次考核并验证航天员长期在轨驻留空间站能力。已知空间站在离地高度约为400km的圆形轨道飞行，则下列说法正确的是（　　） A．载人飞船在加速升空阶段宇航员处于超重状态，宇航员受万有引力比在地面时大 B．空间站的桌面上放一个玻璃杯，两者相对静止，此时玻璃杯对桌面没有压力 C．与离地高度约为36000km的同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更小 D．宇航员在空间站外面检修时若松手手中的工具，工具将会落向地面 【答案】B 【解析】A．载人飞船在加速升空阶段因加速向上，则宇航员处于超重状态，根据万有引力定律可知，宇航员受万有引力比在地面时小，选项A错误； B．空间站内的物体处于完全失重状态，则空间站的桌面上放一个玻璃杯，两者相对静止，此时玻璃杯对桌面没有压力，选项B正确； C．根据可知，与离地高度约为36000km的同步卫星相比，空间站做圆周运动的加速度更大，选项C错误； D．国际空间站绕地球做匀速圆周运动，靠地球的万有引力提供向心力做圆周运动，释放的物体受到地球的引力，也做圆周运动，不会落到地面，故D错误。故选B。 卫星环绕与观测 1．（2024西城一模）2023年，我国首颗超低轨道实验卫星“乾坤一号”发射成功。“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星。关于它的运动，下列说法正确的是（　　） A．角速度大于地球自转的角速度 B．线速度大于地球的第一宇宙速度 C．线速度小于地球表面物体随地球自转的线速度 D．向心加速度小于地球表面的物体随地球自转的向心加速度 【答案】A 【解析】ACD．卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力可得， 可得，，可知“乾坤一号”的角速度、线速度和向心加速度均大于同步卫星的角速度、线速度和向心加速度；同步卫星的角速度等于地球自转角速度，根据，，则同步卫星的线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度，同步卫星的向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度；则“乾坤一号”的角速度大于地球自转的角速度，线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度，向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度，故A正确，CD错误； B．“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星，则线速度等于地球的第一宇宙速度，故B错误。 故选A。 2．（2024精华学校三模）2024年，我国探月计划第六个探测器嫦娥六号将于上半年出征月球，并且飞往月球背面采集土壤并返回地球。如图所示，为地球的球心、为月球的球心，图中的P点为地—月系统的一个拉格朗日点，在该点的物体能够保持和地球、月球相对位置关系不变，以和月球相同的角速度绕地球匀速圆周运动。地球上的人总是只能看到月球的正面，嫦娥六号将要达到的却是月球背面的M点，为了保持和地球的联系，我国于4月12日成功发射鹊桥二号中继通信卫星，让其在以P点为圆心、垂直于地月连线的圆轨道上运动。下列说法正确的是（　　） A．我们无法看到月球的背面，是因为月球的自转周期和公转周期相同 B．发射嫦娥六号时，发射速度要超过第二宇宙速度，让其摆脱地球引力的束缚 C．以地球球心为参考系，鹊桥二号中继卫星做匀速圆周运动 D．若“鹊桥二号”和月球的公转轨道半径之比为n，那么它们的公转周期之比为 【答案】A 【解析】A．看不到月球的背面，就是因为月球的自转周期和公转周期相同，故A正确； B．嫦娥六号并没摆脱地球引力的束缚，因此发射速度不会超过第二宇宙速度，故B错误； C．以地球为参考系，鹊桥二号一方面绕地月系统共同的圆心做匀速圆周运动，另一方面绕P点做匀速圆周运动，因此以地心为参考系，它是两个匀速圆周运动的合运动，故C错误； D．鹊桥二号中继卫星受地球和月球共同引力的作用，月球只受地球的引力作用，则周期关系不满足开普勒第三定律，故D错误。 故选A。 3．（2025东城上学期期末）星下点监控可实时显示卫星的运行状态。卫星和地心的连线与地球表面的交点称为星下点，即卫星在地面上的投影点。某卫星绕地球的运动可视为匀速圆周运动，其轨道如图甲中虚线所示。该卫星的监控画面如图乙所示，下方数值表示经度，曲线是星下点的轨迹展开图，图中给出了卫星第Ⅰ圈、第Ⅱ圈和第Ⅲ圈的星下点轨迹展开图，其中P点是第Ⅰ、Ⅱ圈的星下点轨迹展开图的一个交点。已知地球自转周期为24h，卫星绕行方向如图甲所示。下列说法正确的是（　　） A．该卫星第Ⅰ、Ⅱ圈星下点经过P点的时间间隔等于该卫星的运行周期 B．根据赤道与星下点轨迹展开图的交点，可知该卫星的运行周期约1.5h C．若地球没有自转，则该卫星的星下点轨迹为一个点 D．地球静止轨道卫星的星下点轨迹可能经过P点 【答案】B 【解析】A．假如地球没有自转，则该卫星第Ⅰ、Ⅱ圈星下点经过P点的时间间隔等于该卫星的运行周期，因地球有自转，可知该卫星第Ⅰ、Ⅱ圈星下点经过P点的时间间隔并不等于该卫星的运行周期，选项A错误； B．根据赤道与星下点轨迹展开图的交点，卫星第Ⅰ圈到第Ⅲ圈沿相同方向通过赤道时，地球转过45°，用时间，可知该卫星的运行周期约1.5h，选项B正确； C．若地球没有自转，则该卫星的星下点轨迹为一条直线或一条曲线，选项C错误； D．地球静止轨道卫星定点在赤道上方且相对地球表面静止，则其星下点是赤道上一个点，不可能经过P点，选项D错误。故选B。 宇宙航行 1．（2024湖北卷）太空碎片会对航天器带来危害。设空间站在地球附近沿逆时针方向做匀速圆周运动，如图中实线所示。为了避开碎片，空间站在P点向图中箭头所指径向方向极短时间喷射气体，使空间站获得一定的反冲速度，从而实现变轨。变轨后的轨道如图中虚线所示，其半长轴大于原轨道半径。则（　　） A．空间站变轨前、后在P点的加速度相同 B．空间站变轨后的运动周期比变轨前的小 C．空间站变轨后在P点的速度比变轨前的小 D．空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的大 【答案】A 【解析】A．在P点变轨前后空间站所受到的万有引力不变，根据牛顿第二定律可知空间站变轨前、后在P点的加速度相同，故A正确； B．因为变轨后其半长轴大于原轨道半径，根据开普勒第三定律可知空间站变轨后的运动周期比变轨前的大，故B错误； C．变轨后在P点因反冲运动相当于瞬间获得竖直向下的速度，原水平向左的圆周运动速度不变，因此合速度变大，故C错误； D．由于空间站变轨后在P点的速度比变轨前大，而比在近地点的速度小，则空间站变轨前的速度比变轨后在近地点的小，故D错误。故选A。 2．（2021东城二模）地球半径约为6400km，地球表面的大气随海拔高度增加而变薄，大气压强也随之减小到零，海拔100km的高度被定义为卡门线，为大气层与太空的分界线。有人设想给太空飞船安装“太阳帆”，用太阳光的“光子流”为飞船提供动力来实现星际旅行。已知在卡门线附近，一个正对太阳光、面积为1.0×106m2的平整光亮表面，受到光的压力约为9N；力虽小，但假设以同样材料做成面积为1.0×104m2的“帆”安装在飞船上，若只在光压作用下，从卡门线附近出发，一个月后飞船的速度可达到2倍声速。设想实际中有一艘安装了“帆”（面积为1.0×104m2）的飞船，在卡门线上正对太阳光，下列说法正确的是（　　） A．飞船无需其他动力，即可不断远离太阳 B．一年后，飞船的速度将达到24倍声速 C．与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，“帆”上的压力约为2.25×10-2N D．与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，飞船的加速度为出发时的 【答案】C 【解析】A．因为飞船受到太阳的引力作用，飞船依靠光的压力不能远离太阳，A错误； B．依据动量定理，只有持续受到恒定的光压一年，飞船的速度才能达到24倍声速，然而飞船运动到卡门点时才能接受光压而加速，一年时间内受到光压而加速的时间非常短，所以一年后，飞船的速度不能达到24倍声速，B错误； C．根据球表面积公式，半径变为原来的2倍，球的表面积变为原来的4倍，光子的密度减少为原来的，光子的压力也减少为原来的，与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，“帆”上的压力约为：，C正确； D．与太阳中心的距离为日地间距离2倍时，飞船受到的来自太阳和其他天体的万有引力，远大于光子的压力，其加速度不可能是出发时加速度的，D错误。故选C。 3．（2022延庆一模）2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进入天和核心舱，标志着中国人首次进入了自己的空间站。对接过程的示意图如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ，运行周期为T1，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B点与天和核心舱对接。则下列说法正确的是（　　） A．神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上运动时将不受重力的作用 B．神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ运行的周期为 C．神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的周期大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期 D．正常运行时，神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上经过B点的加速度大于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度 【答案】B 【解析】A．神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上运动时仍受重力作用，只是因为重力全部用来提供向心力而处于完全失重状态，故A错误； B．根据开普勒第三定律得，又，联立解得，故B正确； C．根据，得，可知神舟十二号飞船沿轨道Ⅰ运行的周期小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的周期，故C错误； D．根据，得，可知正常运行时，神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上经过B点的加速度等于在轨道Ⅲ上经过B点的加速度，故D错误。故选B。 4．（2022西城高三期末）2021年10月16日我国的神舟十三号载人飞船成功发射，并于当天与距地表约的空间站完成径向交会对接。径向交会对接是指飞船沿与空间站运动方向垂直的方向和空间站完成交会对接。掌握径向对接能力，可以确保中国空间站同时对接多个航天器，以完成不同批次航天员在轨交接班的任务，满足中国空间站不间断长期载人生活和工作的需求。交会对接过程中神舟十三号载人飞船大致经历了以下几个阶段：进入预定轨道后经过多次变轨的远距离导引段，到达空间站后下方处；再经过多次变轨的近距离导引段到达距离空间站后下方更近的“中瞄点”；到达“中瞄点”后，边进行姿态调整，边靠近空间站，在空间站正下方200米处调整为垂直姿态（如图所示）；姿态调整完成后逐步向核心舱靠近，完成对接。已知在点火过程中忽略燃料引起的质量变化，根据上述材料，结合所学知识，判断以下说法正确的是（　　） A．远距离导引完成后，飞船绕地球运行的线速度小于空间站的线速度 B．近距离导引过程中，飞船的机械能将增加 C．姿态调整完成后，飞船绕地球运行的周期可能大于24小时 D．姿态调整完成后，飞船沿径向接近空间站过程中，需要控制飞船绕地球运行的角速度与空间站的角速度相同 【答案】BD 【解析】A．根据可得，，由于飞船的轨道半径小于空间站的轨道半径，则远距离导引完成后，飞船绕地球运行的线速度大于空间站的线速度，故A错误； B．近距离导引过程中，需要飞船点火加速，则机械能增加，故B正确； C．姿态调整完成后，飞船绕地球运行的轨道半径小于同步卫星的半径，则周期小于24小时，故C错误； D．姿态调整完成后，飞船沿径向接近空间站过程中，需要控制飞船绕地球运行的角速度等于空间站的角速度，故D正确。故选BD。 5．（2022中关村中学三模）2020年7月23日12时41分，我国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将“天问一号”火星探测器发射升空，并成功送入预定轨道，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。假设火星和地球绕太阳公转的运动均可视为匀速圆周运动。某一时刻，火星会运动到日地连线的延长线上，如图所示。下列选项正确的是（　　） A．“天问一号”在发射过程中处于完全失重状态 B．图示时刻发射“天问一号”，可以垂直地面发射直接飞向火星 C．火星的公转周期大于地球的公转周期 D．从图示时刻再经过半年的时间，太阳、地球、火星再次共线 【答案】C 【解析】A．“天问一号”在发射过程中，加速度竖直向上，处于超重状态，故A错误； B．由于火星与地球绕太阳公转的周期不同，所以图示时刻垂直地面发射“天问一号”，不可能直接飞向火星，故B错误； C．根据万有引力提供向心力，可得它们绕太阳公转的周期的公式，由于，故，故C正确； D．地球绕太阳公转的周期为一年，由于火星，地球绕太阳公转的周期不同，所以从图示时刻再经过半年的时间，太阳、地球、火星不可能再次共线，故D错误。故选C。 卫星发射与回收 1．（2024广东卷）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（　　） A．该行星表面的重力加速度大小为 B．该行星的第一宇宙速度为 C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为 D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW 【答案】AC 【解析】A．在星球表面，根据可得，，行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取，可得该行星表面的重力加速度大小，故A正确； B．在星球表面上空，根据万有引力提供向心力，可得星球的第一宇宙速度，行星的质量和半径分别为地球的和，可得该行星的第一宇宙速度，地球的第一宇宙速度为，所以该行星的第一宇宙速度，故B错误； C．“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分子，可知探测器与保护背罩之间的作用力，“背罩分离”后，背罩所受的合力大小为4000N，对背罩，根据牛顿第二定律，解得，故C正确； D．“背罩分离”后瞬间探测器所受重力对其做功的功率，故D错误。故选AC。 2．（2025人大附高三期中）“嫦娥五号”月球探测器返回舱为了安全带回样品，采用了类似“打水漂”多段多次减速技术。如图所示，用虚线球面表示地球大气层边界，边界外侧没有大气。关闭发动机的返回舱从a点滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，经d点后再从e点“跃入”。d点为轨迹最高点，距离地面高度为h，已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R。则下列分析正确的是（　　） A．a、c、e三点的速率满足 B．返回舱在b点有竖直向下的加速度分量 C．返回舱在d点时的角速度小于 D．返回舱在c→d点与d→e点的时间相等 【答案】ACD 【解析】A．返回舱从a点滑入大气层经b点到达c点的过程，由于有空气阻力做负功，返回舱的动能减小，故有，从c点经d点后达到e点的过程，不受空气阻力作用，返回舱在该过程机械能守恒，而c点和e点高度相等，返回舱在两点的重力势能相等，故有，所以，故A正确； B．返回舱由a运动到b再到c的过程中，做曲线运动，合力的方向应指向轨迹的凹侧，所以返回舱在b点有向上的加速度分量，故B错误； C．若返回舱过d点所在的圆轨道做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，，所以，实际上，返回舱经过d点的速度，根据线速度与角速度的关系可得，故C正确； D．返回舱经过c点后做斜上抛运动，在竖直方向上做竖直上抛运动，时间对称，所以在c→d点与d→e点的时间相等，故D正确。 故选ACD。 3．（2023西城一模）2022年12月4日，神舟十四号乘组与十五号乘组完成在轨轮换后，返回地球．载人飞船返回舱进入大气层后，距地面左右时开启降落伞，速度减至约，接下来以这个速度在大气中降落，在距地面时，返回舱的四台缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速，到达地面时速度约为．由以上信息可知（　　） A．开启降落伞减速的过程中，舱体处于失重状态 B．在大气中匀速降落过程中，舱体的机械能保持不变 C．缓冲发动机开启过程中，航天员的加速度约为 D．舱体与地面撞击的过程中，撞击力的冲量大于舱体重力的冲量 【答案】D 【解析】A．开启降落伞减速的过程中，加速度向上，舱体处于超重状态，A错误； B．在大气中匀速降落过程中，动能不变，重力势能减少，机械能减少，B错误； C．缓冲发动机开启过程中，根据运动学公式，代入数据解得，可知航天员的加速度约为，C错误； D．根据题意可知，舱体与地面撞击的过程中，撞击力的冲量竖直向上，重力的重力竖直向下，物体的动量变化量向上，撞击力的冲量大于舱体重力的冲量，D正确。 故选D。 4．（2025东城高三上期末）地球质量为M，半径为R，地球自转角速度为，万有引力常量为G。不计地球大气对卫星的作用。 （1）现发射一颗质量为m，绕地球做匀速圆周运动的近地卫星（不计卫星距地面的高度），求卫星的运行速度v的大小。 （2）设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯，始终与地球自转同步，如图所示。这种太空电梯可用于低成本发射卫星，其发射方法是将卫星通过太空电梯匀速提升到某高度，然后启动推进装置将卫星从太空电梯发射出去。 设在某次发射时，质量为的卫星在太空电梯中缓慢上升，该卫星在上升到距地心kR（k＞1）的位置A处意外地和太空电梯脱离而进入太空。卫星脱离时的速度可认为等于太空电梯上该位置处的线速度。已知质量为和的两个质点，距离为r时的引力势能表达式为。 a．求该卫星脱离时的速度大小； b．结合开普勒定律，请说明如何判断卫星脱离后是否会撞击地球表面。（不必求解具体结果，但要写出判断所需的方程，并指出需要求解哪个物理量，说明如何判断。） 【答案】（1）；（2）；，不会撞击地球；当，会撞击地球 【解析】（1）万有引力提供向心力，解得 （2）a．太空电梯上位置A处即该卫星脱离时的速度大小为 b．该卫星在A点脱离后做椭圆运动，地心为其椭圆运动的焦点，A点到地心的距离为kR。设该椭圆轨道长轴的另一端点B到地心距离为，卫星在该点速度为。 根据机械能守恒定律，得 根据开普勒第二定律，得 需求解，当，不会撞击地球；当，会撞击地球。 5．（2024人大附一模）火箭是根据反冲原理制成的航天工具。在火箭点火升空的过程中，火箭受到的推力远大于其自身重力，为便于计算，在分析过程中可忽略重力的影响。 （1）如图1所示，为获取推力，火箭在单位时间内将质量为m的燃料以相对于火箭的速度u竖直向下喷出，已知燃料高速喷出时的速度变化量远大于火箭速度的变化量。求火箭受到的推力F的大小； （2）火箭与其所载燃料的初始质量为，在时刻，火箭由静止出发，测得其加速度的倒数随时间t的变化是一条如图2所示的直线，已知该直线的纵截距为b，并经过点Q，其坐标为。求火箭在单位时间内喷出燃料的质量m与燃料喷出时相对于火箭的速度u； （3）若某火箭由静止起飞，其加速度a随时间t的变化图像如图3所示，在时，其质量为，求此时推力对火箭做功的瞬时功率（保留两位有效数字）。 【答案】（1）；（2），；（3） 【解析】（1）根据题意，由牛顿第三定律可知，燃料受到火箭的作用力大小与燃料对火箭的推力等大反向，其大小亦为，在时间内，喷出的燃料质量为，其速度变化量为， 对喷出的燃料运用动量定理，得，即火箭受到的推力F的大小为。 （2）忽略重力影响后，火箭在燃料推力的作用下运动。在时刻火箭的质量 由牛顿第二定律，得 结合图像，斜率的绝对值，，截距，则 （3）由图乙可知，在时，加速度，则推力 曲线与轴围成的面积，即火箭速度的增加量，因为火箭从静止出发，因此该面积代表火箭的速度。可求出此时火箭速度，火箭推力的功率 双星与引力波 1．（2023育才模拟）引力波探测于2017年获得诺贝尔物理学奖。双星的运动是产生引力波的来源之一，假设宇宙中有一双星系统由P、Q两颗星体组成，这两颗星绕它们连线的某一点在二者万有引力作用下做匀速圆周运动，测得P星的周期为T，P、Q两颗星的距离为l，P、Q两颗星的轨道半径之差为△r（P星的轨道半径大于Q星的轨道半径），引力常量为G，求： （1）Q、P两颗星的线速度之差△v； （2）Q、P两颗星的质量之差△m。 【答案】（1）；（2） 【解析】（1）星的线速度大小，星的线速度大小 则、两颗星的线速度大小之差为 （2）双星系统靠相互间的万有引力提供向心力，角速度大小相等，向心力大小相等， 则有，解得， 则、两颗星的质量差为 2．（2024海淀一模）两个天体组成双星系统，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动。科学家在地球上用望远镜观测由两个小行星构成的双星系统，看到一个亮度周期性变化的光点，这是因为当其中一个天体挡住另一个天体时，光点亮度会减弱。科学家用航天器以某速度撞击该双星系统中较小的小行星，撞击后，科学家观测到光点明暗变化的时间间隔变短。不考虑撞击后双星系统的质量变化。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A．被航天器撞击后，双星系统的运动周期变大 B．被航天器撞击后，两个小行星中心连线的距离增大 C．被航天器撞击后，双星系统的引力势能减小 D．小行星质量越大，其运动的轨道越容易被改变 【答案】C 【解析】A．被航天器撞击后，科学家观测到光点明暗变化的时间间隔变短，说明双星系统的运动周期变小，故A错误； B．设两个小行星的质量分别为m1,m2,它们做圆周运动半径分别为r1，r2，设两个小行星中心连线的距离为r,则，两小行星绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动，由万有引力提供向心力得，，联立以上各式得，因为周期T变小，说明两个小行星中心连线的距离r变小，故B错误； C．两个小行星中心连线的距离r变小，引力做正功，引力势能减小，故C正确； D．小行星质量越大，惯性越大，其运动的速度不容易被改变，那其运动的轨道越不容易被改变，故D错误。故选C。 3．（2020井庄中学模拟）2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家，以表彰他们为发现引力波所作的贡献．引力波被认为是时空弯曲的一种效应，物体加速运动时会给宇宙时空带来扰动，这种扰动会以光速向外传播能量．如图为科学家们探测引力波的装置示意图，发射器发出的激光S经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2，然后经过4km长的两臂，在两臂端点处经反射镜反射回来，S1和S2相遇形成干涉，被探测器接收．精确调节两臂，使探测器在无引力波作用时，接收到的信号强度为0．当有引力波作用时，两臂长度将因此而发生改变，则接收到的信号强度不为0．下列说法正确的是（　　） A．引力波可以超光速传播 B．引力波不能传播能量 C．探测器接收到的两束波的频率相同 D．无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0 【答案】C 【解析】A、B项：由题干中信息可知，引力波以光速向外传播能量，故A，B均错误； C项：光在传播过程中频率保持不变，故C正确； D项：两个波能形成干涉，故两个波传播在无引力波作用时的传播路程一定不同，故D错误． 观测研究（暗物质、宇宙膨胀、磁场） 1．（2024北京卷）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点O为观测点，以质量为m的小星体（记为P）为观测对象。当前P到O点的距离为，宇宙的密度为。（　　） （1）求小星体P远离到处时宇宙的密度ρ； （2）以O点为球心，以小星体P到O点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力。已知质量为和、距离为R的两个质点间的引力势能，G为引力常量。仅考虑万有引力和P远离O点的径向运动。 a．求小星体P从处远离到。处的过程中动能的变化量； b．宇宙中各星体远离观测点的速率v满足哈勃定律，其中r为星体到观测点的距离，H为哈勃系数。H与时间t有关但与r无关，分析说明H随t增大还是减小。 【答案】（1）；（2）a．；b．H随t增大而减小 【解析】（1）在宇宙中所有位置观测的结果都一样，则小星体P运动前后距离O点半径为和的球内质量相同，即，解得小星体P远离到处时宇宙的密度 （2）a．此球内的质量 P从处远离到处，由能量守恒定律得，动能的变化量 b．由a知星体的速度随增大而减小，星体到观测点距离越大，运动时间t越长，由知，H减小，故H随t增大而减小。 2．（2024山东济宁开学考）漩涡星系是宇宙中一种常见的星系结构，它又分为螺旋星系（S系）和棒旋星系（SB系）。其中螺旋星系由明亮的中央核心和美丽的旋臂构成。中央核心区域存在大量的恒星系团，旋臂中含有星际物质和年青的恒星。建立简化的螺旋星系结构模型，中央核心区可以看作半径为R的球体，总质量为M，巨量的恒星均匀的分布在中央核心区内。在核心区之外的旋臂上仅有极少的恒星和星际物质。整个星系所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动，恒星到星系中心的距离为r，引力常量为G。 （1）求处于旋臂区域（r>R）的恒星做匀速圆周运动的周期大小T与r的关系式； （2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零，利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识，求分布在中央核心区（r≤R）的恒星做匀速圆周运动的周期； （3）科学家通过天文观测，得到位于此螺旋星系旋臂区域（r>R）的恒星做匀速圆周运动的周期大小T随r的变化关系图像如图所示。根据在r>R范围内的恒星周期随r的变化规律，科学家预言螺旋星系旋臂区域（r>R）存在一种特殊物质，称之为暗物质（真实存在但无法直接观测）。暗物质与通常的物质会发生万有引力相互作用，并遵循万有引力定律，求r＝nR内暗物质的质量。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】（1）设某恒星质量为m，由万有引力提供向心力得，解得 （2）在内部，星体质量， 由万有引力提供向心力得，解得 （3）对处于R球体边缘的恒星，由万有引力提供向心力得 对处于处的恒星，由万有引力提供向心力得 由图像可知时，所以有，解得 3．（2024丰台高三期末）恒星生命尽头，在一定条件下通过引力坍缩可以形成中子星。磁陀星是中子星的一种，拥有极强的磁场，两极的磁感应强度约为。地球表面的磁场磁感应强度最弱约，最强仅为。 （1）已知磁陀星和地球两极的磁场小范围内均可视作匀强磁场，忽略带电粒子与天体之间的万有引力。 a．带电粒子在地球和磁陀星两极以垂直于磁场的方向运动时可做匀速圆周运动，求比荷相同的带电粒子在地球与磁陀星两极运动时的周期之比； b．如图1所示，若磁陀星两极某圆心为O的圆形磁场区域的磁感应强度B随时间t均匀减小，即满足关系（k为常量），请分析并论证在磁场中到O点距离为r处某静止的带电粒子能否以O点为圆心做完整的圆周运动。 （2）磁陀星本身还会高频自转，形成并持续释放出和磁陀星一起自转的极细高能电磁辐射束，如图2所示。这个过程有点类似于海上的灯塔，发出的光周期性地掠过人们的眼球。当辐射束扫过地球的时候，地球就能接收到信号。中国天眼FAST凭借全球最高的灵敏度，成为深度监测宇宙辐射的主力。FAST监测到某次高能辐射（一种解释是此辐射源自于磁陀星）持续时间为，相当于接收太阳一个月（实际接收时间为）释放出的总能量。已知FAST每经过时间T能接收到一次信号，太阳的辐射功率为，日地距离为r，该磁陀星到地球的距离为L，假设FAST在某时刻处于磁陀星辐射束的中心，求磁陀星的辐射功率P（假设在辐射束内，到磁陀星距离相等的面上能量均匀分布）。（　　） 【答案】（1）a．；b．见解析；（2） 【解析】（1）a。设带电粒子电荷量为q，质量为m，粒子做圆周运动的半径为r， 根据牛顿第二定律，洛伦兹力提供向心力，得 由圆周运动周期T与线速度v的关系得，联立得，即 由于地磁场两极磁感应强度最大，将数据代入得 b。磁感应强度B随时间t均匀减小，从上往下看，由楞次定律可得，感生电场线向上，感应电流为逆时针方向的同心圆。 ①若带电粒子电性为正，则其变速圆周运动的方向应为逆时针方向，根据左手定则，粒子所受洛伦兹力方向为沿半径背离圆心，无法提供向心力，假设不成立； ②若带电粒子电性为负，则其变速圆周运动的方向应为顺时针方向，根据左手定则，粒子所受洛伦兹力方向为沿半径背离圆心，无法提供向心力，假设不成立。 结论：带电粒子无法做完整的圆周运动。 （2）根据圆周运动可得辐射圆斑扫过地球的线速度v为 因此辐射圆斑的直径D与底面积S为， 设FAST的接收面积为，在时间内接收到的太阳辐射总能量为，在时间内接收到的磁陀星辐射总能量为E，则，，，联立方程可得 三宇宙速度与黑洞观测 1．（2024海淀一模）物体在星球附近绕星球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度（又叫作环绕速度）；在星球表面附近发射物体的速度等于或大于，物体就会克服该星球的引力，永远离开该星球，这个速度叫作第二宇宙速度（又叫作逃逸速度）。已知引力常量为G。在以下问题的讨论中，空气阻力及星球自转的影响均忽略不计。 （1）若将地球视为质量均匀分布的球体，已知地球的质量为M，半径为R。 a．请证明地球的第一宇宙速度的大小； b．某同学设想从地面以第一宇宙速度的大小竖直上抛一个可视为质点的物体，关于该物体上升的最大高度，他的解答过程如下： 设物体的质量为m，上升的最大高度为h，重力加速度为g，由机械能守恒定律有： ，又，，所以联立得：该同学的上述解答是否正确?若不正确，请指出上述错误的原因，并分析说明物体上升的最大高度h应该比大还是小? （2）由于引力的作用，星球引力范围内的物体具有引力势能。设有一质量分布均匀的星球，质量为M，半径为R，当取物体距离星球无穷远处的引力势能为零时，则物体(质量为m)在距离该星球球心为r(r≥R)处时的引力势能为天体的质量越大，半径越小，逃逸速度也就越大，其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。如果有这样的天体，它的质量非常大，半径又非常小，以至于以的速度传播的光也不能从它的表面逃逸出去，这种天体就称为黑洞。1799年，法国科学家拉普拉斯指出，对于一个质量为M的球状物体，当其半径R小于时，即是一个黑洞。请你根据所给信息并结合所学知识，证明上述结论。 【答案】（1）a．见解析，b．见解析；（2）见解析 【解析】（1）a．设质量为得物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，则有，解得 b．该同学得解答不正确。由于随着竖直上抛物体高度得升高，离地球越来越远，万有引力越来越小，重力加速度得值也越来越小，则可知物体在上升过程中做加速度逐渐减小的加速运动，因此物体上升的高度应大于做匀减速运动上升的高度，即物体上升的最大高度应大于。 （2）物体在逃逸过程中机械能守恒，由机械能守恒可得，可得逃逸速度 若光也不能逃逸，则有，可得 即当质量为M的球状物体，当其半径R小于时，即是一个黑洞。 2．（2024人大附三模）2020年诺贝尔物理学奖聚焦天体物理学领域，带我们发现宇宙探索的又一“高光时刻”——黑洞和银河系“最深处的秘密”。莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹因发现了银河系中心的超大质量天体而获奖。如图是天文学家记录银河系中心天体的运动轨迹，有的做椭圆运动，有的做圆周运动。通过望远镜获得天体的光谱，并通过和标准的光谱做比较，得到某些特征谱线波长的变化量，从而计算出天体的运动速度。通过记录这些天体的位置和测量它们的速度，可以估算出银河中心的质量，由此得到银河系中心存在黑洞的证据。现观测某天体在绕银河系中心运动，某个时刻天体的速度是v，离银河系中心的距离是R，小红和小黑分别利用这个数据去估算黑洞质量，小红利用环绕速度来估算，而小黑利用逃逸速度来估算黑洞质量。只考虑天体和黑洞间的相互作用，不考虑天体间的相互作用，以下说法正确的是（　　） A．光谱测速利用的是电磁波的多普勒效应，而机械波没有多普勒效应 B．如果测得天体光谱中的特征谱线波长偏大，说明该天体在靠近地球 C．小红估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏大 D．小黑估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏小 【答案】D 【解析】A．光谱测速利用的是电磁波的多普勒效应，而机械波也有多普勒效应，故A错误； B．根据，如果测得天体光谱中的特征谱线波长偏大，可知接收到的频率减小，根据多普勒效应，可知该天体在远离地球，故B错误； C．若天体做椭圆运动，根据变轨原理可知，天体在椭圆轨道离银河系中心的距离R处的速度小于天体做圆周运动的环绕速度，故小红估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏小，故C错误； D．小黑利用逃逸速度来估算黑洞质量，而逃逸速度是天体脱离黑洞的临界速度，大于天体在椭圆轨道离银河系中心的距离R处的速度，故小黑估算黑洞质量的方法一定会导致测量值偏小，故D正确。故选D。 3．（2023北大附三模）2019年4月10日，人类史上首张黑洞照片发布，照片中是室女座巨椭圆星系M87的黑洞照片，这是黑洞存在最直接的视觉证据．黑洞最初是一个衰老的巨大恒星，它的质量要达到太阳的数十倍以上，恒星不断的发光发热，随着恒星中心的“燃料”不断消耗，恒星内部能量不足，无法支撑外壳重压，恒星内核开始塌缩．最终，所有物质缩成一个体积接近无限小的点，这便是奇点．奇点会形成强大引力场，吸收周围物质，就连光也会被吸进去，至此黑洞诞生．拍摄黑洞用的是事件视界望远镜，该望远镜收集到的不是我们日常的可见光，而是一种波长比光波更长的亚毫米波，亚毫米波本身是没有颜色的区别，科学家们实际上只能感受到强弱的不同．发布的图片中心黑暗区域正中为黑洞．周围环绕一个新月状光环，一侧亮一些，另一侧暗一些，是因为光环旋转，导致接收者接收到相位和频率变化造成的．根据以上信息下列说法正确的是（　　） A．恒星发光发热是恒星内部的核裂变造成的 B．环状新月型光环上下两侧不对称是多普勒效应造成的 C．黑洞的第一宇宙速度是光速 D．事件视界望远镜收集的亚毫米波比可见光的频率大 【答案】B 【解析】A、恒星发光发热是恒星内部的核聚变造成的，故A错误； B、光环旋转，光与接收者的距离在不断地发生变化，导致接收者接收到相位和频率与发出的光的相位和频率不同，这属于多普勒效应，故B正确； C、星体的逃逸速度是逃脱该星体引力束缚的最低速度，逃逸速度也称为第二宇宙速度；在黑洞中，光速无法逃逸，所以将黑洞逃逸速度临界点是光速c，故光速是黑洞的第二宇宙速度；故C错误； D、亚毫米波的波长比光波更长，根据可知，亚毫米波比可见光的频率小，故D错误． 月壤与核反应 1．（2022延庆一模）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号携带2公斤月壤回归地球。数十亿年太阳风的吹拂下，月壤奇迹般收藏了几百万吨氦3，这是大自然赐给人类的宝贵财富，先到先得。随着能源危机的加剧和航天成本的降低，使得登陆月球有了现实意义。用氦3替代具有放射性的氚与氘聚变时，不产生中子，是完美的核燃料，按目前的用电量，可以支撑人类一万年。然而，这种完美的能源地球上几乎不存在。根据文中信息和所学知识判断，下列说法正确的是（　　） A．对于星球来说几百万吨不算多，是由于月球引力小，只能吸住较少的氦3 B．由于月球的遮挡，地球上很难通过太阳风获得氦3 C．地球引力比月球大很多，所以地球大气中含有大量的氢气 D．氚与氘聚变时产生的中子辐射强且不带电，是磁约束可控核聚变的一大难题 【答案】D 【解析】A．对于星球来说几百万吨不算多，不是由于月球引力小，只是氦3本来就很少，只能吸住较少的氦3，A错误； B．因为氦3是氢元素受到宇宙射线的辐射产生物理变化形成的，而地球大气层对宇宙射线的消弱作用强，月球上没有大气层，所以导致地球上氦3储量远少于月球，B错误； C．地球引力虽大，可也不会束缚住氢气，地球上的氢气主要由岩石在水里经高压产生化学变化形成蛇纹石，释放出大量游离态的氢，这些氢会经地壳裂缝或火山释放到地表，C错误； D．氚与氘聚变时产生的中子辐射强且不带电，是磁约束可控核聚变的一大难题，D正确。 故选D。 1．（2023东城一模）我国科研人员对“嫦娥五号”返回器携带的月壤样品进行研究，取得了重大科研成果，科研人员通过X射线衍射、聚焦离子束等一系列技术手段对样品进行分析研究，首次发现了一种新矿物并确定其晶体结构，被国际权威机构命名为“嫦娥石”。聚焦离子束技术是利用电场将离子束聚焦成极小尺寸的显微加工技术，经过聚焦的高能离子束轰击样品，与其表面原子的相互作用过程比较复杂，若表面原子受碰撞后运动方向是离开表面，而且能量超过一定数值时，会有粒子从表面射出，粒子可能是原子、分子，也可能是正负离子、电子、光子。除发现“嫦娥石”外，科研人员还首次准确测定了月壤样品中氦3的含量和提取温度，氦3被科学家视为未来核聚变反应的理想原料。若氦3参与核聚变反应，不会产生核辐射，且可以释放更多能量，氦3主要来自太阳风——太阳喷射出来的高能粒子流。月球没有磁场和大气的保护，太阳风可以直接降落在月球表面，使其携带的氦3得以保存，但氦3在地球上含量极少，根据以上信息及所学知识判断，下列说法错误的是（　　） A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近 B．利用聚焦离子束技术可以将光束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应 C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损 D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面 【答案】B 【解析】A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近，故A正确，不符合题意； B．利用聚焦离子束技术可以将离子束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应，故B错误，符合题意； C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损，释放能量，故C正确，不符合题意； D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面，故D正确，不符合题意；故选B。 1．（2024教师进修学校一模）2022年10月，我国发射的“夸父一号”太阳探测卫星成功进入距地面高度为720km、周期约为100分钟的太阳同步晨昏轨道，如图所示。所谓太阳同步晨昏轨道，从宇宙中看，卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳，可实现全天候对太阳磁场、太阳耀斑等进行观测。下列说法正确的是（　　） A．“夸父一号”每绕地球1周，地球自转25° B．“夸父一号”绕地球运动的向心加速度大于地球表面重力加速度 C．“夸父一号”绕垂直于地球自转轴旋转 D．“夸父一号”的发射速度大于 【答案】A 【解析】A．地球自转一圈需要24h，“夸父一号”公转一圈需要100min，则“夸父一号”每绕地球1圈，地球自转的角度为，故A正确； B．根据，，可知，，“夸父一号”的向心加速度小于地球表面重力加速度，故B错误； C．根据题意：“卫星围绕地球在两极上空飞行（看作匀速圆周运动）且跟随着地球绕太阳公转，同时轨道平面围绕太阳转动，且保持这个面一直朝向太阳”，“夸父一号”绕地球运动的轨道平面绕地球自转轴旋转，且每天绕地球自转轴旋转，大约为1°，故C错误； D．“夸父一号”的发射速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，故D错误。 故选A。 2．（2022一零一中学二模）2020年7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场，应用长征五号运载火箭送入地火转移轨道。火星距离地球最远时有4亿公里，最近时大约0.55亿公里。由于距离遥远，地球与火星之间的信号传输会有长时间的时延。当火星离我们最远时，从地球发出一个指令，约22分钟才能到达火星。为了节省燃料，我们要等火星与地球之间相对位置合适的时候发射探测器。受天体运行规律的影响，这样的发射机会很少。为简化计算，已知火星的公转周期约是地球公转周期的1.9倍，认为地球和火星在同一平面上、沿同一方向绕太阳做匀速圆周运动，如图所示。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（　　） A．当探测器加速后刚离开A处的加速度与速度均比火星在轨时的要大 B．当火星离地球最近时，地球上发出的指令需要约10分钟到达火星 C．如果火星运动到B点，地球恰好在A点时发射探测器，那么探测器将沿轨迹AC运动到C点时，恰好与火星相遇 D．下一个发射时机需要再等约2.7年 【答案】A 【解析】A.当探测器加速后刚离开A处,根据万有引力提供加速度可知，解得，探测器A处距太阳距离较小，则加速度较大，探测器在A处做圆周运动的线速度探测器A处距太阳距离较小,探测器在A处做圆周运动的线速度v比火星在轨的线速度大,探测器加速后刚离开A处速度比探测器在A处做圆周运动的线速度v大,因此当探测器加速后刚离开A处的速度均比火星在轨时的要大,A正确； B.火星距离地球最远时有4亿公里，从地球发出一个指令，约22分钟才能到达火星，最近时大约0.55亿公里，因为指令传播速度相同，则时间为，B错误； C.根据开普勒第三定律，火星与探测器的公转半径不同，则公转周期不相同，因此探测器与火星不能在C点相遇，C错误； D．地球的公转周期为1年，火星的公转周期约是地球公转周期的1.9倍，两者的角速度之差为，则地球再一次追上火星的用时为年，D错误; 故选A。 3．（2024西城二模）黑洞是存在于宇宙空间中的一种特殊天体。人们可以通过观测黑洞外的另一个天体（也称伴星）的光谱来获取信息。如图所示，若伴星绕黑洞沿逆时针方向做匀速圆周运动，伴星的轨道与地球的视向方向共面。人们在地球上观测到的伴星光谱谱线的波长，式中是光源静止时的谱线波长，c为光速，v为伴星在地球视向方向的分速度（以地球的视向方向为正方向）。已知引力常量G，不考虑宇宙膨胀和黑洞引力导致的谱线波长变化。下列说法正确的是（　　） A．观测到伴星光谱谱线的波长，对应着伴星向远离地球的方向运动 B．观测到伴星光谱谱线波长的最大值，对应着伴星在图中A位置 C．根据伴星光谱谱线波长变化的周期和最大波长可以估测黑洞的密度 D．根据伴星光谱谱线波长变化的周期和最大波长可以估测伴星运动的半径 【答案】D 【解析】A．由于题中规定地球的视向方向为v的正方向，且 当观测到伴星光谱谱线的波长，表明v为负值，则v的方向与视向方向相反，即对应着伴星向靠近地球的方向运动，故A错误； B．根据上述可知，若观测到伴星光谱谱线波长的最大值，则v的方向与视向方向，且该分速度达到最大值，即该位置对应着伴星在图中A位置关于黑洞对称的位置，故B错误； D．根据图像可知，伴星光谱谱线波长变化的周期等于伴星绕黑洞做圆周运动的周期，由于伴星光谱谱线波长的最大值位置对应着伴星在图中A位置关于黑洞对称的位置，此时分速度即等于伴星绕黑洞圆周运动的线速度，令最大波长与伴星绕黑洞圆周运动的线速度分别为、，则有 根据线速与周期的关系有，解得，故D正确； C．伴星绕黑洞做圆周运动，由万有引力提供向心力，则有，结合上述可以求出黑洞的质量，但是，由于不知道黑洞自身的半径，因此无法求出黑洞的密度，故C错误。故选D。 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$