第二章 第4节 空间探索 讲义-2026-2027学年科学八年级上册浙教版

本讲义聚焦“空间探索”核心内容，系统梳理火箭（工作原理、多级火箭、水火箭制作）、中国空间站（作用、发展战略、五大模块）、月球与火星探索（嫦娥工程“绕落回”、天问一号任务）等知识点，通过思维导图构建知识框架，形成从基础原理到实践应用、从近地到深空的递进式学习支架。 资料突出探究实践与科学思维，水火箭制作含材料工具、步骤及发射测试（水量调控、角度实验），培养动手与问题解决能力。结合中国航天成就（长征火箭、空间站、祝融号）渗透态度责任，典例与课后题强化知识应用，课中辅助教学，课后助力学生查漏补缺。

第4节 空间探索 ( 思维导图 ) 考点一、火箭 1.火箭的工作原理——力的作用是相互的 火箭燃料仓中的燃料燃烧产生高温高压 的气体，这些热气体从火箭底部的开口处向后 喷出时，就会产生一个反作用力，这个反作用 力推动火箭向前运动。 2.火箭的工作过程 火箭飞行时，燃料仓空了若不扔掉会成 为负担。多级火箭就是把空燃料仓分离扔掉， 让火箭飞得更高更远。 多级火箭一般有三级，前面一级火箭的燃 料耗尽后，会从火箭上脱落，下一级火箭点燃接 替工作，继续为火箭飞行提供动力。 我国用于发射神舟系列飞船的长征二 号、长征五号系列火箭均是多级火箭。长征五号运载火箭(“胖五”)是我国目前推力最大、 运载能力最强的运载火箭。 3.制作水火箭 (1)材料与工具 塑料瓶(500mL,2 个)、气门嘴(含气门 芯)、塑料板、彩色卡纸、防水胶带、打孔橡胶 塞、钢直尺、裁纸刀、剪刀、打气筒等。 (2)结构示意图 (3)设计与制作 ①“水火箭”头部制作：将塑料板卷成圆锥形并用防水胶带固定，其大小刚好能卡紧带瓶盖的塑料瓶瓶口上沿。用同样的方法制作彩色卡纸圆锥，将其套在塑料板圆锥上，卡 紧并用防水胶带固定。将塑料瓶下端最宽的 地方用剪刀剪开，把底去掉(如图)。 ②“水火箭”尾翼制作：切割塑料板，并用 剪刀沿图甲中虚线部分剪开，再交替一前一后 弯成90°,制作四个尾翼。将四个尾翼 用防水胶带对称粘贴到已经去掉底部的另一 个塑料瓶上。 ③“水火箭”连接：将“水火箭”头部与带 尾翼的下半部分对接在一起，并用防水胶带固定好。 ④“水火箭”喷嘴制作：将气门嘴插入打 孔橡胶塞中，并确保密封性良好(如图乙)。 (4)发射测试 ①场地选择：挑选空旷、无障碍物、人员稀少的场地，如学校操场、郊外空地等，确保 发射安全。 ②水量调控：水火箭用水量和火箭容气空间有一定比例，最佳水量为火箭容气空间1/4到 2/5间。 ③发射角度：水平方向飞行，发射最佳角度在50°到55°之间，可通过控制变量的方法实验确定。 ④发射操作：将适量水装入水火箭，安装好橡胶塞，连接到火箭发射器，调整发射角度后进行发射。 ⑤安全注意事项：发射时确保火箭和轨道平直一致，严禁朝人发射，围观同学要站到发射手的后方。 (5)数据记录 (6)交流评估 ①遇到的问题及解决方法 遇到的问题：a.气密性问题：瓶塞处易漏气。方法：在瓶塞周围缠绕几圈防水胶带，增强密封性。 b.重心不稳：水火箭飞行时摇晃。通过调整尾翼的位置和增加配重，使重心落在合适位置，保证飞行稳定。 改进措施：a.优化箭体形状：将箭体打磨得 更光滑，减少空气阻力，使箭体更接近流线型。 b.升级尾翼：增强尾翼的硬度和稳定性，同时调整尾翼角度，提高飞行姿态的控制精度。 c. 精准控制水量和气压：经过多次实验，确定最佳的水和空气比例，并使用更精确的气压表来控制气压，保证每次发射都能有足够且 稳定的动力。 ②水火箭结构包括箭体、尾翼、喷嘴等。“水火箭”向下高速喷出水，利用物体间力的作用是相互的，喷出的水同时给水火箭一个向上的力，使水火箭加速升空。飞得更高的诀窍：优化设计、调好比例、增强气密性等。 ③我国科学家研发火箭时，物资匮乏、技术封锁、难题重重，但他们不畏艰难，攻克难 关，其精神值得我们学习传承。 ( 典例分析 ) 典例1：科技节期间，小实参与了水火箭比赛，当水火箭飞行至最高点(如图A位置)，此时若所有外力全部消失，水火箭的运动方向为（　　） A．水平向左 B．竖直向下 C．静止不动 D．向左上方 ( 举一反三 ) 变式1：2025年4月24日是第十个“中国航天日”，小科制作了“水火箭”。如图是“水火箭”的简易原理图，使用打气筒向“水火箭”内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从“水火箭”底部向下快速喷出，从而使“水火箭”升空。结合题中信息，判断以下说法正确的是( ) A．用力打气，瓶体膨胀起来，说明力可以改变物体的运动状态 B．“水火箭”向下喷水的过程中，“水火箭”对水向下的力大于水对“水火箭”向上的力 C．“水火箭”向下喷水的过程中，“水火箭”的惯性减小 D．“水火箭”喷完水后，若所受的力全部消失，它将静止不动 变式2：水火箭构造如图所示。用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度时，高压气体将橡皮塞压出，并不断向下喷水，瓶子竖直加速飞向高空，接着减速上升，最后落到地面。关于水火箭的工作原理和过程，下列说法中正确的是(　　). A．水火箭起飞的动力来自水火箭对橡皮塞的推力 B．水火箭在上升时的动力来自惯性力 C．水火箭升空说明力的作用是相互的 D．瓶子受到的推力减小到等于瓶子受到的重力时就会向下掉 变式3：我校开展了水火箭制作和发射的项目化活动。请回答下列问题： （1）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量　 　间接反映这个高度。 （2）如图丙所示，小组同学用频闪照相机拍下了水火箭从A处起飞，到C处达到最高点的运动情况，照相机每隔0.2s曝光一次，则水火箭运行到B处时是否受到平衡力的作用?请判断并说明理由： 　 　。 （3）实验结束后，同学们继续用该装置在水量、气压相同时，探究发射角度对水火箭水平飞行距离的影响，记录数据如下： 发射角度 (度) 发射距离(米) 30 40 50 60 70 第一次实验 18.4 22 66.6 63.7 58 第二次实验 19.2 20 68.74 63 56.71 平均值 18.8 21 67.67 63.35 57.36 根据实验数据，得出的结论是：　 　； 考点二、中国空间站 1.空间站的作用 (1)中国空间站是我们的太空家园，为我 国科学家进行长期的、大规模的空间科学实 验、技术试验研究提供条件，能够极大地促进 空间科学技术的发展，辐射带动相关领域技术 创新。 (2)空间站可以为我国提供更精准、更丰 富的情报信息，提高各个领域的监视能力，同 时还可以用于测试和验证一些军事技术和装 备，提升我国的国防实力和国际地位。 2.空间站发展战略 第一步：发射载人飞船(即神舟系列飞 船)。建成初步配套的试验性载人飞船工程， 开展空间实验。 第二步：突破载人飞船和空间飞行器的 交会对接技术，并利用载人飞船技术改装、发 射一个空间实验室。解决有一定规模的、短期 有人照料的空间应用问题。 第三步：建造载人空间站。解决较大 规模的、长期有人照料的空间应用问题。至 2022年11月，中国空间站全面建成。6名航 天员可以同时在轨开展科学研究。 3.中国空间站组成 中国空间站是我国的国家级太空实验 室，中国空间站的轨道高度为400~450 km, 倾 角42°~43°,设计寿命为10年，长期驻留3人， 最大可扩展为180 t 级六舱组合体，以进行较 大规模的空间应用。中国空间站包括天和核心舱、问天实验 舱、梦天实验舱、载人飞船(神舟系列飞船)和货 运飞船(天舟系列飞船)五个模块组成。各飞行 器具备独立的飞行能力，又可以与核心舱组合 成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度 下协同工作，完成空间站承担的各项任务。 (1)天和核心舱是空间站的管理和控制中心 发射：2021年4月29日，在文昌航天发 射场由长征五号B 遥二运载火箭发射升空， 标志着中国空间站在轨组装建造全面展开。 作用：核心舱具备交会对接、转位与停 泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验的各项能力。舱内空间总容积约为 50m³, 可支持3名航天员长期在轨驻留。配 置了3个对接口、2个停泊口和1个出舱口。 (2)问天实验舱(中国空间站首个科学实 验舱) 发射：2022年7月24日搭乘长征五号B 遥 三运载火箭在中国文昌航天发射场发射升空。 作用：主要用于开展空间科学与应用实 验、太空授课等。 (3)梦天实验舱(中国空间站第二个科学 实验室舱) 发射：2022年10月31日搭乘长征五号 B 遥四运载火箭在中国文昌航天发射场发射 升空，11月1日成功对接于天和核心舱前向 端口，11月3日顺利完成转位。 作用：主要用于开展空间科学与应用实验。 (4)载人飞船(神舟系列飞船)负责运送 航天员往返天地 结构组成：采用轨道舱、返回舱、推进舱 组成的三舱方案，返回舱居中。 发射：2003年10月15日神舟五号首次载 人飞行，杨利伟搭乘，使中国成为世界上继美、 俄之后第三个拥有载人航天技术的国家。此后， 神舟系列飞船相继发射，开展空间站相关任务。 (5)货运飞船(天舟系列飞船)承担向空 间站运输物资等任务 发射：2017年4月20日，天舟一号发射成 功，是中国首艘货运飞船。此后，天舟系列飞船 相继发射，不断完善和提升货运能力与技术。 主要用途：一是补给空间站的推进剂消 耗、空气泄漏，运送维修和更换设备，延长空 间站在轨飞行寿命；二是运送航天员工作和 生活用品，保障航天员在轨中长期驻留和工 作；三是运送空间科学实验设备和用品，支持 空间站开展较大规模空间科学实验与应用。 ( 典例分析 ) 典例1：1992年，我国正式确认中国载人航天工程“三步走”发展战略。中国载人航天工程三步走战略的第一步是(　　) A．建造载人空间站 B．实现载人飞船与空间飞行器交会对接 C．发射载人飞船，开展空间实验 D．进行深空探测 ( 举一反三 ) 变式1：几十年来，我国航天事业经历了从无到有、从小到大、从弱到强的发展历程。下列说法中，不正确的是（　　） A．中国空间站包括天和核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船和货运飞船五个模块 B．中国载人航天工程三步走战略的第三步目标是建造载人空间站 C．梦天实验舱是中国空间站首个科学实验舱，主要用于开展空间科学与应用实验 D．“天宫一号”与“神舟八号”交会对接标志着中国载人航天工程三步走战略第二步的完成 变式2：中国空间站在距离地球400公里的商度自西向东绕地球转动。生活在空间站内的宇航员们除了完成相应的科研和设备维护等工作，他们还在空间站内种植蔬菜、锻炼身体。（注：空间站内处于失重状态，空间站内空气阻力不计。） （1）天宫中的航天员们锻炼身体，可以选用的健身方式是　 　（选填“拉弹簧拉力器”“举哑铃”或“跳绳”）。 （2）天宫中的航天员，用包有干毛巾的乒乓球拍击打水球，水球会由静止变为运动，这说明　 　（填写力的作用效果），击打出去的水球将做　 　运动。 变式3：2023年5月10日，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发射升空。与此前的天舟系列货运飞船不同，天舟六号经过升级改造，实现了多项突破，其中之一是飞船容积变大，整船的载货能力由6.9吨提高到7.4吨，使天舟六号成为世界现役货物运输能力最大的货运飞船。 （1）天舟六号满载准备发射时，货物受到的重力多大？ （2）在到达入轨轨道后，天舟六号通过6次变轨完成与空间站的交会对接。变轨时天舟六号开启发动机获得推力，说明了力可以改变物体的　 　。 （3）为了给天舟六号腾出后向交会对接口，天舟五号货运飞船于5月5日从空间站组合体分离，转入独立飞行阶段。天舟五号撤离空间站后，逐渐降速，而空间站的运行速度保持不变。此过程中两者的受力情况判断，正确的是 A．天舟五号受力不平衡，空间站受力平衡 B．天舟五号和空间站受力均平衡 C．天舟五号受力平衡，空间站受力不平衡 D．天舟五号和空间站受力均不平衡 考点三、探索月球与火星 1.探索月球 2004年中国开启月球探测工程——“嫦 娥工程”,分为“无人月球探测”“载人登月” 和“建立月球基地”三个阶段。 (1)无人月球探测：又分“绕”“落”“回” 三期，分别对应环绕月球、着陆月球、月球取样 返回的无人探测任务。2007至2020年，5个 嫦娥系列探测器已完成这三期任务。 (2)载人登月阶段：2023年5月启动实 施，总体目标是在2030年前实现载人登陆月 球，开展月球科学考察及相关技术试验。掌握 载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测 等关键技术，完成“登”“巡”“采”“研”“回” 等多重任务 。 (3)建立月球基地：开展系统、连续的月 球探测和相关技术试验验证，推动载人航天技术由近地走向深空的跨越式发展，深化人类对 月球和太阳系起源与演化的认识，为月球科学的发展贡献中国智慧。 2.探索火星 (1)命名：2020年4月24日(第五个“中 国航天日”),中国行星探测任务被命名为天问 系列，首次火星探测任务为天问一号。 (2)探测器构成与发射着陆 天问一号探测器由轨道飞行器和火星车 构成。2020年7月23日发射升空，2021年5 月15日祝融号火星车成功着陆火星表面并进 行巡视探测 。 (3)任务成就 实现一次任务完成火星环绕、着陆和巡 视探测三大目标，使我国成为世界上第二个独 立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。对火 星的表面形貌、土壤特性、物质成分等多方面 进行科学探测，实现了我国在深空探测领域的 技术跨越，从而进入世界深空探测先进行列。 ( 典例分析 ) 典例1：2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现了中国航天史无前例的突破：天问一号，成为中国首颗人造火星卫星。祝融号，成为中国首个火星巡视器（火星车）！中国成为继苏联、美国后第三个真正“踏上”（成功着陆）火星的国家，也是首次火星探测即实现着陆的国家。火星车着陆过程需要9分钟左右，经历3段减速后速度从约每秒4.9公里降到零。如图所示为火星车着陆流程示意图，请据图回答下列问题： （1）火星表面是否有大气？ （2）请分析火星车着陆过程中的减速原理。 ( 举一反三 ) 变式1：天问一号于 2020年7 月 23 日在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，天问一号的任务是 (　　) A．探索月球 B．探索金星 C．探索木星 D．探索火星 变式2：阅读以下材料，回答问题。“天梦一号”巡梦之旅 火星是太阳系中与地球最相似的行星，有大气，温差很大。自转周期和地球相近，物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的二分之一，人类对火星的探测具有重大的科学意义。 2020年7月23日，长征五号运载火箭载着我国自主研发的首座火星探测器“天问一号”成功发射，于2021年2月10日被火星捕获，进入环绕火星轨道。 2021年5月15日，经历了十个月的太空飞行，“天问一号”成功着陆于火星乌托邦平原南部预选者陆区。5月22日，“祝融号”（如图2）火星车安全驶离“天问一号”，到达火星表面，开始巡视探测。 （1）天问一号探测器从地球运动到火星的过程中，其惯性　 　（填“增大”、“不变”或“减小”）； （2）同一物体分别在地球和火星表面以相同的初始速度在相同的水平面上滑行，在火星上滑行的距离会比地球上　 　（填“长”或“短”）。 变式3：我国探月工程计划之一是向月球发射月球车。2024年5 月 3 日，嫦娥六号成功发射。嫦娥六号的成功发射标志着我国的探月工程又向前迈进了一步。 （1）发射月球车的火箭在穿越大气层时速度越来越快，那么火箭受到的推力与自身重力　 　(填“相等”或“不相等”)。 （2）火箭上升的作用力来自　 　(填“燃气”或“空气”)。 （3）不久的将来，若我国的航天员登上月球，航天员完成探月任务后乘坐火箭离开月球表面，若在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动，如图所示。这段时间内，在月球表面上观察到火箭发动机的喷气方向应该是　 　(填“竖直向下”“火箭运动的反方向”或“水平向左”)。 ( 课后巩固 ) 1．我国在太空探索方面取得了许多成就。以下项目由我国实施的有（　　） ①“神舟”系列载人飞船成功发射 ②“祝融”号漫游车开展火星采样 ③“嫦娥六号”带回世界首份月背样品 ④“百年星河”计划 A．①②③④ B．①③④ C．①②③ D．①②④ 2．某项目化小组对自制的水火箭进行了飞行高度的测试。水火箭的结构如图所示。将水火箭竖立于地面，用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭竖直向上飞行。 （1）水火箭的导流罩做成圆锥形的目的是　 　。 （2）瓶内的水向下喷出，水火箭却向上飞行是由于　 　。 （3）水火箭发射的高度难以用刻度尺直接测量，可以通过测量　 　来比较水火箭的发射高度。 3．如图甲所示为小宁制作的水火箭，图乙为水火箭的原理图，他在可乐瓶中装入适量的水，再用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，最后配置上火箭项端的整流罩，他将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气。当瓶内压强足够大时，瓶塞股落，瓶内的水向下喷出，对水火箭产生向上的推力，使其竖直向上飞起。 （1）水火箭向下喷水，火箭却向上升空可以说明　 　。 （2）图丙为水火箭发射后的速度与时间关系图，则t1、t2、t3时刻中水火箭离地面距离最大的时刻为　 　. （3）小宁想要让水火箭飞得更高，你建议他做出调整的措施有哪些：　 　 (写两条)。 4．某项目小组利用饮料瓶、打气筒、橡皮塞、气门芯、塑料片等制作了水火箭并对其性能进行探究。 【项目原理】 （1）高压气体将水和橡皮塞冲出，水火箭向下喷水飞向高空，其科学原理是：　 　。 （2）【项目制作】制作导流罩→制作尾翼→制作箭身→安装喷嘴→检查气密性→制作发射架→安装水火箭，即可完成如图甲的“水火箭”的制作，在水火箭顶部安装导流罩的目的是　 　。 （3）【发射测试】为研究最大飞行高度与装置内的水量之间的关系，向瓶中充气到瓶内气压相同，同时打开排气阀竖直向上发射，拍摄水火箭的飞行视频，借助视频分析软件，得到各组水火箭的最大飞行高度数据如下表： 组别 ① ② ③ ④ ⑤ 加入的水量/mL 155 185 225 250 300 最大飞行高度/m 14.2 16.1 18.9 20.1 20.5 分析本实验的数据，初步得出：在一定范围内，　 　。 （4）【项目评价】以下是水火箭的部分评价量表： 评价指标 优秀 合格 待改进 功能性 能顺利升空，在空中的上升时间t≥10s 能顺利升空，在空中的上升时间5s<t<10. 能顺利升空，在空中的上升时间 t≤5s或不能升空 若图丙是此水火箭竖直方向上的速度和时间的关系图，请结合评价量表，对该水火箭进行评价并说明理由：　 　。 5．为了解火箭发射的奥秘，兴趣小组同学参加了“水火箭的制作与发射”项目。通过探究水火箭飞行距离的影响因素，进一步理解力的相互作用。 【发射原理】往瓶中装入适量水，向瓶内不断打气，当橡胶塞从瓶口冲出时，水火箭加速升空。 （1）加速升空过程中，水火箭受到重力G和推力F的作用，这两个力的大小关系为：G　 　F。(选填“<”“=”或“>”) 【升空测试】兴趣小组同学认为，尾翼数量会影响飞行距离。他们制作了相同规格的水火箭，分别装上不同数量的尾翼，控制装水量和发射角度相同，测量水火箭的飞行距离，并将数据记录在下表中。 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 尾翼数量 (片) 4 6 8 飞行距离(米) 55.5 58 51.5 22 25.5 24.5 15.5 10 17 （2）当尾翼数量为6片时，该水火箭飞行的平均距离为　 　米。 （3）根据实验结果，可得出结论：　 　。 【项目反思】为提高水火箭的飞行距离，可以采取多种措施。除尾翼均匀分布外，小组还提出了以下建议：①水量适宜；②箭体密封性好。 （4）结合自己的发射经历，请选择其中一个你认为合理的建议，并说明它能提高水火箭飞行距离的理由。　 　 6．某校项目化学习小组在水火箭设计制作测试过程中，提出了下列问题并进行了讨论。 【制作】制作水火箭时，在水火箭顶部安装导流罩的目的是　 　。 【测试】测试水火箭上升的高度：①在水火箭内胆装入一定体积的水，将其放置在已固定好的发射架上。②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压达到一定值时，打开开关发射。③测出水火箭的上升高度，多次实验取平均值。 在发射测试中难以直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以通过测量　 　来间接比较这个高度。 【评价】下表是制作水火箭评价量表： 评价等级 优秀 合格 待改进 评价指标 结构稳固 结构稳固 结构稳固 飞行时平稳不翻滚 飞行时平稳不翻滚 飞行时翻滚 降落时箭体不损坏 降落时箭体损坏 降落时箭体损坏 在测试过程中发现小组制作的水火箭飞行时箭体平稳不翻滚，降落时箭体损坏。则该小组制作的火箭根据指标可评为　 　。 【改进】为了使水火箭能重复使用，请你提出一条改进措施：　 　。 7．某校科技小组开展项目式学习，探究水火箭的射程(水平飞行距离)的影响因素。提出猜想：水火箭射程可能与瓶内液体占总体积比例、液体质量、瓶内气压和发射角度(水火箭与水平面的夹角)等因素有关。并利用如图所示的实验装置进行以下探究。 【探究一】水火箭射程与发射的角度的关系 实验设计：选用同一支水火箭，控制瓶内水量和气压一定，多次改变其发射角度，测量并记录实验数据如下表。 发射角度 25° 35° 45° 55° 65° 水火箭射程/米 31.32 43.60 53.07 49.82 35.42 （1）分析表中数据可知，在其他条件一定时，水火箭射程与发射角度的关系是　 　。 （2）为了进一步确定上述实验中水火箭射程最大时的发射角度，接下去的操作是　 　。 【探究二】探究水火箭射程与瓶内液体质量的关系 实验设计；①在可乐瓶中加入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上(固定发射角度为45°)；给水火箭打气，当瓶内气压达到一定值时，打开发射开关，测量其射程。 ②用食盐和水配制A、B、C三种密度不同的盐水溶液，均量取体积为V的溶液替换水，重复之前步骤。 ③记录实验结果，并分析得出结论。 （3）步骤②中“均量取体积为V的溶液替换水”，该操作的目的是　 　。 （4）某同学认为本实验用相同装置，只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。从控制变量的角度判断该同学的观点是否合理并说明理由：　 　。 8．阅读下列材料，回答问题。 材料一：火星是和地球最相像的一颗行星，所处的位置在如图甲所示太阳系局部示意图中的某个位置。火星是地球_上人类可以探测的最近的行星，表层具有与地球相近的环境。 材料二：由于不同星球的质量和半径各不相同，所以同一个物体在不同星球上受到的重力并不相等。下表是质量为1 kg的物质在不同星球上受到的重力。 星球 月球 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 重力 1.62 3.60 8.50 9.80 3.76 22.9 9.05 8.30 11.00 材料三：带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦想，“天问一号”火星探测器已成功在火星着陆。如图乙所示是质量为5 000 kg的“天问一号”探测器利用YF一36型变推力发动机在火星上空悬停的情景。 （1）结合材料二的信息，计算地球上重力为600 N的宇航员登上月球后所受的重力是多少？ （2）“天问一号”在火星上空悬停时，“天问一号”受到的推力是多少牛？ 9.带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦想，“天问一号”火星探测器于2020年7月23日发射，历时10个月，于2021年5月15日成功在火星着陆。中国成为第3个触摸这颗红色星球的国家！ 星球 月球 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 g值大小 1.62 3.60 8.50 9.80 3.76 22.9 9.05 8.30 1.00 （1）探测器软着陆是最难的，需要经历减速、悬停、着陆等阶段，期间探测器不断向下喷气，在9分钟内从2万多千米/小时的超高速，减速到零。如图为探测器悬停阶段，与其重力相平衡的力的施力物体是　 　。 （2）科学家还发现，跟地球上一样，在其他星球上，物体也会由于星球对它的吸引而受到力的作用。下表为不同星球上g的大小。如果将体积为100cm3，密度为0.8g/cm3的物体带到火星上，则它在火星上受到的重力为多少牛？ （3）着陆后，“祝融号”火星车从着陆器中驶出。已知火星车质量为240kg，共有6个车轮，若每个车轮与火星表面的接触面积为4.0×10-3m2求“祝融号”对火星水平平整表面的压强？ 学科网（北京）股份有限公司 第4节 空间探索 考点一、火箭 ( 典例分析 ) 典例1：科技节期间，小实参与了水火箭比赛，当水火箭飞行至最高点(如图A位置)，此时若所有外力全部消失，水火箭的运动方向为（　　） A．水平向左 B．竖直向下 C．静止不动 D．向左上方 【答案】A 【知识点】牛顿第一定律；水火箭模型 【解析】由牛顿第一定律可知，一切物体在不受力时，运动状态不会发生改变，将保持静止或匀速直线运动状态。结合图中A点水火箭的运动方向进行分析判断。 【解答】根据牛顿第一定律（惯性定律），当一个物体不受外力作用时，它将保持原来的运动状态不变。在水火箭飞行至最高点（A位置）时，它的竖直速度为零，只有水平向左的速度。因此，如果所有外力全部消失，水火箭将保持水平向左的运动状态。 故答案为：A。 ( 举一反三 ) 变式1：2025年4月24日是第十个“中国航天日”，小科制作了“水火箭”。如图是“水火箭”的简易原理图，使用打气筒向“水火箭”内不断打气，当内部气体压强增大到一定程度时，会使水从“水火箭”底部向下快速喷出，从而使“水火箭”升空。结合题中信息，判断以下说法正确的是( ) A．用力打气，瓶体膨胀起来，说明力可以改变物体的运动状态 B．“水火箭”向下喷水的过程中，“水火箭”对水向下的力大于水对“水火箭”向上的力 C．“水火箭”向下喷水的过程中，“水火箭”的惯性减小 D．“水火箭”喷完水后，若所受的力全部消失，它将静止不动 【答案】C 【知识点】力的作用效果；力的作用是相互的；牛顿第一定律；惯性；水火箭模型 【解析】相互作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在同一直线、两个物体上。 【解答】A、用力打气，瓶体膨胀起来，即船体的形状发生改变，说明力可以使物体发生形变，故A错误； B、“水火箭”对水向下的力和水对“水火箭”向上的力是一对相互作用力，大小相等，故B错误； C、惯性大小与质量有关，质量越大，惯性越大，水火箭向下喷水，水火箭的质量减小，可知惯性将变小，故C正确； D、“水火箭”喷完水后，仍具有速度，由牛顿第一定律可知，若所受的力全部消失，它将做匀速直线运动，故D错误。 故答案为：C。 变式2：水火箭构造如图所示。用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度时，高压气体将橡皮塞压出，并不断向下喷水，瓶子竖直加速飞向高空，接着减速上升，最后落到地面。关于水火箭的工作原理和过程，下列说法中正确的是(　　). A．水火箭起飞的动力来自水火箭对橡皮塞的推力 B．水火箭在上升时的动力来自惯性力 C．水火箭升空说明力的作用是相互的 D．瓶子受到的推力减小到等于瓶子受到的重力时就会向下掉 【答案】C 【知识点】力的作用是相互的；惯性；力与运动的关系；水火箭模型 【解析】相互作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在同一直线、两个物体上。 【解答】AC、力的作用是相互的，水火箭向下喷水时给水一个向下的作用力，水给水火箭一个向上的反作用力，在该反作用力的作用下，水火箭向上飞出，故A错误，C正确； B、惯性不是力，故B错误； D、水火箭的推力小于重力时，会继续向上做减速运动，直至速度减为零，之后在重力的作用下向下掉，故D错误。 故答案为：C。 变式3：我校开展了水火箭制作和发射的项目化活动。请回答下列问题： （1）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量　 　间接反映这个高度。 （2）如图丙所示，小组同学用频闪照相机拍下了水火箭从A处起飞，到C处达到最高点的运动情况，照相机每隔0.2s曝光一次，则水火箭运行到B处时是否受到平衡力的作用?请判断并说明理由： 　 　。 （3）实验结束后，同学们继续用该装置在水量、气压相同时，探究发射角度对水火箭水平飞行距离的影响，记录数据如下： 发射角度 (度) 发射距离(米) 30 40 50 60 70 第一次实验 18.4 22 66.6 63.7 58 第二次实验 19.2 20 68.74 63 56.71 平均值 18.8 21 67.67 63.35 57.36 根据实验数据，得出的结论是：　 　； 【答案】（1）飞行时间 （2）不受平衡力；水火箭在相同时间内通过的距离不同，做变速运动 （3）在水量、气压等条件相同时，随着发射角度增大，发射的距离先增大再减小 【知识点】控制变量法；速度与物体运动；水火箭模型 【解析】（1）最大高度即为路程，根据路程等于速度于时间的乘积可知，一定速度下，时间与路程成反比。 （2）一个物体在两个力的作用下，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说明这两个力是平衡的。平衡力是作用在同一物体上，大小相等，方向相反，同一直线。 （3）控制其他因素不变，只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对物理现象的影响，最后再综合起来得出结论。 【解答】（1）由于无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以通过测量水火箭竖直上升到最大高度的时间或水火箭从发射到落地的总时间来间接反映这个高度。 （2）频闪照片中，相邻曝光点的间距逐渐增加，说明相同时间内行驶的距离增大，水火箭在做加速运动，因此水火箭不受平衡力。 （3）数据表明发射角度为50°时，平均飞行距离最大。角度小于或大于50°时，飞行距离均减小。因此可得出在水量、气压等条件相同时，随着发射角度增大，发射的距离先增大再减小。 故正确答案为：（1）飞行时间；（2）不受平衡力；水火箭在相同时间内通过的距离不同，做变速运动；（3）在水量、气压等条件相同时，随着发射角度增大，发射的距离先增大再减小。 考点二、中国空间站 ( 典例分析 ) 典例1：1992年，我国正式确认中国载人航天工程“三步走”发展战略。中国载人航天工程三步走战略的第一步是(　　) A．建造载人空间站 B．实现载人飞船与空间飞行器交会对接 C．发射载人飞船，开展空间实验 D．进行深空探测 【答案】C 【知识点】中国的航天事业 【解析】本题考查中国载人航天工程 “三步走” 发展战略，第一步是把航天员送入太空并安全返回，开展相关空间实验。 【解答】A、建造载人空间站是三步走战略的第三步，所以 A 不符合题意； B、实现载人飞船与空间飞行器交会对接属于第二步任务，所以 B 不符合题意； C、发射载人飞船，开展空间实验，是三步走战略的第一步，所以 C 符合题意； D、进行深空探测不属于载人航天工程三步走的内容，所以 D 不符合题意； 故答案为：C。 ( 举一反三 ) 变式1：几十年来，我国航天事业经历了从无到有、从小到大、从弱到强的发展历程。下列说法中，不正确的是（　　） A．中国空间站包括天和核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船和货运飞船五个模块 B．中国载人航天工程三步走战略的第三步目标是建造载人空间站 C．梦天实验舱是中国空间站首个科学实验舱，主要用于开展空间科学与应用实验 D．“天宫一号”与“神舟八号”交会对接标志着中国载人航天工程三步走战略第二步的完成 【答案】C 【知识点】人类对月球和火星的探测；中国的航天事业 【解析】中国首个空间实验室是“天宫一号”， “天宫一号”与“神舟八号”交会对接标志着中国载人航天工程三步走战略第二步的完成 。 【解答】A、 中国空间站（天宫空间站）的基本构型包括：天和核心舱：空间站的主控舱段，负责空间站的统一管理和控制、 问天实验舱：首个科学实验舱，支持空间科学与应用实验、 梦天实验舱：第二个科学实验舱，进一步扩展实验能力、载人飞船（神舟系列）：用于航天员往返、货运飞船（天舟系列）：用于物资补给，故A正确，不符合题意； B、中国载人航天工程的三步走战略： 第一步：发射载人飞船（神舟五号，2003年），实现载人航天飞行；第二步：突破交会对接技术（如天宫一号与神舟八号、九号、十号的对接），发射空间实验室； 第三步：建造长期驻留的载人空间站（即天宫空间站），故B正确，不符合题意； C、问天实验舱是首个科学实验舱，于2022年7月发射、梦天实验舱是第二个实验舱，于2022年10月发射，故C错误，符合题意； D、“天宫一号”是中国首个空间实验室，与“神舟八号”的对接（2011年）实现了无人交会对接技术、 这是第二步的关键任务之一，标志着第二步的完成（后续还有神舟九号、十号的载人对接），故D正确，不符合题意。 故答案为：C。 变式2：中国空间站在距离地球400公里的商度自西向东绕地球转动。生活在空间站内的宇航员们除了完成相应的科研和设备维护等工作，他们还在空间站内种植蔬菜、锻炼身体。（注：空间站内处于失重状态，空间站内空气阻力不计。） （1）天宫中的航天员们锻炼身体，可以选用的健身方式是　 　（选填“拉弹簧拉力器”“举哑铃”或“跳绳”）。 （2）天宫中的航天员，用包有干毛巾的乒乓球拍击打水球，水球会由静止变为运动，这说明　 　（填写力的作用效果），击打出去的水球将做　 　运动。 【答案】（1）拉弹簧拉力器 （2）力可以改变物体的运动状态；匀速直线 【解答】(1)航天员可以选用的健身方式是拉弹簧拉力器，因为弹力与是否失重无关； (2)球拍击打水球，水球反弹回去，说明力可以改变物体的运动状态。由牛顿第一定律可知，击打出去的水球将做匀速直线运动。 变式3：2023年5月10日，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发射升空。与此前的天舟系列货运飞船不同，天舟六号经过升级改造，实现了多项突破，其中之一是飞船容积变大，整船的载货能力由6.9吨提高到7.4吨，使天舟六号成为世界现役货物运输能力最大的货运飞船。 （1）天舟六号满载准备发射时，货物受到的重力多大？ （2）在到达入轨轨道后，天舟六号通过6次变轨完成与空间站的交会对接。变轨时天舟六号开启发动机获得推力，说明了力可以改变物体的　 　。 （3）为了给天舟六号腾出后向交会对接口，天舟五号货运飞船于5月5日从空间站组合体分离，转入独立飞行阶段。天舟五号撤离空间站后，逐渐降速，而空间站的运行速度保持不变。此过程中两者的受力情况判断，正确的是 A．天舟五号受力不平衡，空间站受力平衡 B．天舟五号和空间站受力均平衡 C．天舟五号受力平衡，空间站受力不平衡 D．天舟五号和空间站受力均不平衡 【答案】（1）G = mg = 7.4×103kg×10N/kg = 7.4×104N （2）运动状态 （3）D 【解析】（1）根据公式G=mg计算货物的重力； （2）力的作用效果包括：①改变物体的形状；②改变物体的运动状态； （3）平衡状态包括：静止状态或匀速直线运动状态。 【解答】（2）变轨时天舟6号的速度和运动方向都会发生改变，即说明力可以改变物体的运动状态。 （3）天舟五号撤离空间站后，逐渐减速，即它的运动状态不断改变；空间站围绕地球公转时，运动轨迹为曲线，即它的运动状态不断改变，那么二者都没有处于平衡状态，因此受力都不平衡，故D正确，而A、B、C错误。 故选D。 考点三、探索月球与火星 ( 典例分析 ) 典例1：2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部，实现了中国航天史无前例的突破：天问一号，成为中国首颗人造火星卫星。祝融号，成为中国首个火星巡视器（火星车）！中国成为继苏联、美国后第三个真正“踏上”（成功着陆）火星的国家，也是首次火星探测即实现着陆的国家。火星车着陆过程需要9分钟左右，经历3段减速后速度从约每秒4.9公里降到零。如图所示为火星车着陆流程示意图，请据图回答下列问题： （1）火星表面是否有大气？ （2）请分析火星车着陆过程中的减速原理。 【答案】（1）有 （2）①气动减速阶段：力能改变物体的运动状态。着陆巡视组合体进入大气后，与大气摩擦，受到一个与运动方向相反的阻力，这个阻力使其速度降低。②伞系减速阶段：打开降落伞后减速，原理就是增大横截面积，增大空气阻力，使得空气阻力＞重力，使其做减速运动。③动力减速阶段：反冲火箭向下喷火，由于物体间力的作用是相互的，火星车受到一个向上的反作用力，这个反作用力使火星车速度进一步下降为零，从而达到悬停 【知识点】太阳系的组成；人类对宇宙的认识；人类对月球和火星的探测 【解析】（1）火星上拥有大气、水源和有机物存的迹象，火星上有的四季变化； （2）力是物体对物体的作用，物体间力的作用是相互的，力可以改变体运动状态。 【解答】（1）火星上拥有大气； （2）火星车着陆过程中的减速原理：第一阶段，火星车在进入火星大气层以后首先借助火星大气进行气动减速，阻力主要是大气摩擦力；第二阶段，打开降落伞进行伞系减速，使其速度降至100米/秒；第三阶段，通过反推发动机进行减速，由大气减速阶段进入动力减速阶段，该阶段反推发动机向下喷火由于物体间的作用是相互的，火星车受到一向上反作用力，这个反用力使其速度进步下降为零，从达到悬停。“天问一号”进入悬停阶段，完成精避障和缓速下降后，着陆巡视器在缓冲机构的保护下，抵达火星表面。 ( 举一反三 ) 变式1：天问一号于 2020年7 月 23 日在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空，天问一号的任务是 (　　) A．探索月球 B．探索金星 C．探索木星 D．探索火星 【答案】D 【解析】天问一号探测器升高，实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视探测三大目标，使我国称为第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。 【解答】天问一号的任务是探索火星，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰等进行探索。 故答案为：D。 变式2：阅读以下材料，回答问题。“天梦一号”巡梦之旅 火星是太阳系中与地球最相似的行星，有大气，温差很大。自转周期和地球相近，物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的二分之一，人类对火星的探测具有重大的科学意义。 2020年7月23日，长征五号运载火箭载着我国自主研发的首座火星探测器“天问一号”成功发射，于2021年2月10日被火星捕获，进入环绕火星轨道。 2021年5月15日，经历了十个月的太空飞行，“天问一号”成功着陆于火星乌托邦平原南部预选者陆区。5月22日，“祝融号”（如图2）火星车安全驶离“天问一号”，到达火星表面，开始巡视探测。 （1）天问一号探测器从地球运动到火星的过程中，其惯性　 　（填“增大”、“不变”或“减小”）； （2）同一物体分别在地球和火星表面以相同的初始速度在相同的水平面上滑行，在火星上滑行的距离会比地球上　 　（填“长”或“短”）。 【答案】（1）不变（2）长 【解析】惯性不是力，不能给物体作用，大小只和质量有关。滑动摩擦力与压力大小及接触面的粗糙程度有关，粗糙程度一定时，压力越大，摩擦力越大，滑行距离越近。 【解答】（1）惯性只跟质量有关，天问一号探测器从地球运动到火星的过程中，质量不变，则其惯性不变。 （2）根据文意，物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的二分之一，则物体在火星上对火星表面的压力小，摩擦力小，则在火星上滑行的距离会比地球上长。 变式3：我国探月工程计划之一是向月球发射月球车。2024年5 月 3 日，嫦娥六号成功发射。嫦娥六号的成功发射标志着我国的探月工程又向前迈进了一步。 （1）发射月球车的火箭在穿越大气层时速度越来越快，那么火箭受到的推力与自身重力　 　(填“相等”或“不相等”)。 （2）火箭上升的作用力来自　 　(填“燃气”或“空气”)。 （3）不久的将来，若我国的航天员登上月球，航天员完成探月任务后乘坐火箭离开月球表面，若在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动，如图所示。这段时间内，在月球表面上观察到火箭发动机的喷气方向应该是　 　(填“竖直向下”“火箭运动的反方向”或“水平向左”)。 【答案】（1）不相等 （2）燃气 （3）竖直向下 【解析】（1）火箭在穿越大气层时速度越来越快，向上做加速运动，火箭受到的推力大于自身重力。 （2）推动伞降火箭发射升空时，通过燃烧燃料将化学能转化为内能，释放的内能转移到高温高压的燃气上，然后向后喷出燃气使火箭上升，火箭对燃气有向后作用力，燃气对火箭产生向前的反作用力。 （3）在月球表面上，火箭沿斜向上方向做匀速直线运动，是以月球为参照物判断的，所以下面的分析应以月球为参照物，来判断火箭的各种情况。 【解答】（1）火箭在穿越大气层时速度越来越快，向上做加速运动，火箭受到向上的推力应大于向下的重力，即火箭受到的推力与自身重力不相等。 （2）火箭对喷出的燃气施加一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，燃气同时对火箭施加一个向上的力，使火箭上升，故火箭上升的作用力来自于燃气。 （3）火箭离开月球表面，在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动，火箭受平衡力作用，因在月球上没有空气，火箭不受阻力作用，但受月球对它的吸引而产生的重力作用，所以火箭发动机因喷气而产生的作用力与重力相平衡，即与竖直向下的重力方向相反，是竖直向上的； 因力的作用是相互的，为得到竖直向上的推力，所以火箭发动机的喷气方向应该是竖直向下的。 ( 课后巩固 ) 1．我国在太空探索方面取得了许多成就。以下项目由我国实施的有（　　） ①“神舟”系列载人飞船成功发射 ②“祝融”号漫游车开展火星采样 ③“嫦娥六号”带回世界首份月背样品 ④“百年星河”计划 A．①②③④ B．①③④ C．①②③ D．①②④ 【答案】C 【知识点】中国的航天事业 【解析】百年星河是美国宇航局的空间探索计划。 【解答】①“神舟”系列载人飞船：我国自主研发载人航天工程，已多次成功发射并完成空间站任务。 ②“祝融”号漫游车：我国首个火星探测器“天问一号”搭载的巡视器，成功在火星表面开展探测。 ③“嫦娥六号”：我国探月工程任务，于2024年成功从月球背面带回样品，是世界首次。 ④“百年星河”计划：并非我国公开的太空项目。 故答案为：C。 2．某项目化小组对自制的水火箭进行了飞行高度的测试。水火箭的结构如图所示。将水火箭竖立于地面，用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭竖直向上飞行。 （1）水火箭的导流罩做成圆锥形的目的是　 　。 （2）瓶内的水向下喷出，水火箭却向上飞行是由于　 　。 （3）水火箭发射的高度难以用刻度尺直接测量，可以通过测量　 　来比较水火箭的发射高度。 【答案】（1）减小空气阻力 （2）力的作用是相互的 （3）飞行时间 【知识点】力的作用是相互的；水火箭模型 【解析】（1）圆锥形设计能够有效分散空气流动时的阻力，使水火箭在飞行过程中更加稳定，提高飞行高度。 （2）根据相互作用力的原理分析； （3）在正常情况下，水火箭的飞行时间越长，则它的飞行高度越大。 【解答】（1）水火箭的导流罩做成圆锥形的目的是减小空气阻力。圆锥形设计能够有效分散空气流动时的阻力，使水火箭在飞行过程中更加稳定，提高飞行高度，故填：减小空气阻力。 （2）瓶内的水向下喷出，水会对水火箭产生一个向上的反作用力，从而推动水火箭向上飞行，即说明力的作用是相互的，故填：力的作用是相互的。 （3）在忽略空气阻力的情况下，水火箭的飞行时间与高度成正比，因此可以通过比较飞行时间来间接比较高度，故填：飞行时间。 3．如图甲所示为小宁制作的水火箭，图乙为水火箭的原理图，他在可乐瓶中装入适量的水，再用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，最后配置上火箭项端的整流罩，他将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气。当瓶内压强足够大时，瓶塞股落，瓶内的水向下喷出，对水火箭产生向上的推力，使其竖直向上飞起。 （1）水火箭向下喷水，火箭却向上升空可以说明　 　。 （2）图丙为水火箭发射后的速度与时间关系图，则t1、t2、t3时刻中水火箭离地面距离最大的时刻为　 　. （3）小宁想要让水火箭飞得更高，你建议他做出调整的措施有哪些：　 　 (写两条)。 【答案】（1）力的作用是相互的 （2）t2 （3）调整水量、提高瓶内气压、优化喷嘴孔径、减轻冗余质量、优化箭体外形减小迎风面积、提升表面光滑度、调整重心位置、保证发射竖直等 【知识点】惯性；水火箭模型 【解析】（1）物体间力的作用是相互的； （2）水火箭在上升过程中会出现先加速再减速的运动情况； （3）水火箭上升的最大高度取决因素有动力，自身质量等因素； 【解答】（1）水火箭向下喷水，火箭却向上升空，这一现象可以用牛顿第三定律（作用力与反作用力）来解释。当水火箭向下喷水时，水对火箭施加了一个向下的作用力，根据牛顿第三定律，火箭会对水施加一个大小相等、方向相反的向上的反作用力，这个反作用力推动火箭向上运动； （2）1. 当速度为正时，火箭在上升；当速度为负时，火箭在下降。 2. 火箭离地面的距离最大时，速度刚好由正变为零（即达到最高点）。 从图中可以看出：t1时刻：火箭速度为正，仍在上升，t2时刻：火箭速度为零，达到最高点，t3时刻：火箭速度为负，正在下落，因此，火箭离地面距离最大的时刻是t2； 故答案为：（1）力的作用是相互的； （2）t2； （3）调整水量、提高瓶内气压、优化喷嘴孔径、减轻冗余质量、优化箭体外形减小迎风面积、提升表面光滑度、调整重心位置、保证发射竖直等。 4．某项目小组利用饮料瓶、打气筒、橡皮塞、气门芯、塑料片等制作了水火箭并对其性能进行探究。 【项目原理】 （1）高压气体将水和橡皮塞冲出，水火箭向下喷水飞向高空，其科学原理是：　 　。 （2）【项目制作】制作导流罩→制作尾翼→制作箭身→安装喷嘴→检查气密性→制作发射架→安装水火箭，即可完成如图甲的“水火箭”的制作，在水火箭顶部安装导流罩的目的是　 　。 （3）【发射测试】为研究最大飞行高度与装置内的水量之间的关系，向瓶中充气到瓶内气压相同，同时打开排气阀竖直向上发射，拍摄水火箭的飞行视频，借助视频分析软件，得到各组水火箭的最大飞行高度数据如下表： 组别 ① ② ③ ④ ⑤ 加入的水量/mL 155 185 225 250 300 最大飞行高度/m 14.2 16.1 18.9 20.1 20.5 分析本实验的数据，初步得出：在一定范围内，　 　。 （4）【项目评价】以下是水火箭的部分评价量表： 评价指标 优秀 合格 待改进 功能性 能顺利升空，在空中的上升时间t≥10s 能顺利升空，在空中的上升时间5s<t<10. 能顺利升空，在空中的上升时间 t≤5s或不能升空 若图丙是此水火箭竖直方向上的速度和时间的关系图，请结合评价量表，对该水火箭进行评价并说明理由：　 　。 【答案】（1）力的作用是相互的 （2）减小空气阻力 （3）水量增加会提高飞行高度 （4）合格，水火箭在空中上升的时间为8s，在5-10s之间 【知识点】速度与物体运动；力的作用是相互的；水火箭模型 【解析】（1）相互作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在同一直线、两个物体上。 （2）根据导流罩的结构进行分析，可知其可以减小阻力。 （3）根据表中数据进行分析，得出最大飞行高度与加水量的关系。 （4）丙中5s后速度减小，说明水火箭在向上做减速运动，可知8s时向上的速度减为零，之后将下落。 【解答】（1）水火箭的工作原理是高压气体将水和橡皮塞向下喷出，根据牛顿第三定律（作用力与反作用力），水火箭会受到一个向上的反作用力，从而飞向高空。这一现象体现了“力的作用是相互的”。 （2）导流罩安装在水火箭顶部，其作用是使火箭头部呈流线型，从而减小空气阻力，同时优化飞行姿态，确保火箭能够稳定飞行。 （3）由表中数据可知，在一定范围内，水量增多，水火箭的最大飞行高度增大，故可得：在一定范围内，水量增多可以提高水火箭的最大飞行高度。 （4）由图丙可知，该水火箭在空中上升的时间为8s，由表中的评价标准可知，等级为合格。 5．为了解火箭发射的奥秘，兴趣小组同学参加了“水火箭的制作与发射”项目。通过探究水火箭飞行距离的影响因素，进一步理解力的相互作用。 【发射原理】往瓶中装入适量水，向瓶内不断打气，当橡胶塞从瓶口冲出时，水火箭加速升空。 （1）加速升空过程中，水火箭受到重力G和推力F的作用，这两个力的大小关系为：G　 　F。(选填“<”“=”或“>”) 【升空测试】兴趣小组同学认为，尾翼数量会影响飞行距离。他们制作了相同规格的水火箭，分别装上不同数量的尾翼，控制装水量和发射角度相同，测量水火箭的飞行距离，并将数据记录在下表中。 组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 尾翼数量 (片) 4 6 8 飞行距离(米) 55.5 58 51.5 22 25.5 24.5 15.5 10 17 （2）当尾翼数量为6片时，该水火箭飞行的平均距离为　 　米。 （3）根据实验结果，可得出结论：　 　。 【项目反思】为提高水火箭的飞行距离，可以采取多种措施。除尾翼均匀分布外，小组还提出了以下建议：①水量适宜；②箭体密封性好。 （4）结合自己的发射经历，请选择其中一个你认为合理的建议，并说明它能提高水火箭飞行距离的理由。　 　 【答案】（1）< （2）24 （3）当水量和发射角度相同时，尾翼数量越少，水火箭飞行距离越远 （4）水量太多会使得水火箭过重而难以飞行，水量过少水火箭难以获得足够的动力，因此水火箭内应装入适量水。 【知识点】力与运动的关系；水火箭模型 【解析】（1）力与运动的关系：当物体加速向上运动时，合力方向向上，因此向上的推力 F 必须大于向下的重力 G。 （2）平均值计算：平均值等于多次测量数据的总和除以测量次数。 （3）实验结论归纳：在控制装水量和发射角度相同的条件下，分析尾翼数量与飞行距离的关系。 （4）建议合理性分析：从水火箭的动力来源和飞行阻力等角度分析建议的合理性。 【解答】（1）水火箭加速升空，说明合力方向向上，因此重力 G < 推力 F。 （2）当尾翼数量为 6 片时，飞行距离数据为 22、25.5、24.5 米， 平均距离为： （3）根据实验数据，在水量和发射角度相同时，尾翼数量为 4 片时的平均飞行距离最远，6 片时次之，8 片时最近。可得出结论：当水量和发射角度相同时，尾翼数量越少，水火箭飞行距离越远。 （4）示例 1：选择建议①“水量适宜”。 理由：水量过多会使水火箭总质量过大，重力增大，难以获得足够的加速度；水量过少则无法提供足够的反冲动力，因此装入适量水能让水火箭获得最佳的飞行性能。 示例 2：选择建议②“箭体密封性好”。 理由：箭体密封性好可以防止气体泄漏，保证瓶内气压稳定且足够大，从而在发射时提供更大的推力，使水火箭飞得更远。 6．某校项目化学习小组在水火箭设计制作测试过程中，提出了下列问题并进行了讨论。 【制作】制作水火箭时，在水火箭顶部安装导流罩的目的是　 　。 【测试】测试水火箭上升的高度：①在水火箭内胆装入一定体积的水，将其放置在已固定好的发射架上。②用打气筒给水火箭打气，当瓶内气压达到一定值时，打开开关发射。③测出水火箭的上升高度，多次实验取平均值。 在发射测试中难以直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以通过测量　 　来间接比较这个高度。 【评价】下表是制作水火箭评价量表： 评价等级 优秀 合格 待改进 评价指标 结构稳固 结构稳固 结构稳固 飞行时平稳不翻滚 飞行时平稳不翻滚 飞行时翻滚 降落时箭体不损坏 降落时箭体损坏 降落时箭体损坏 在测试过程中发现小组制作的水火箭飞行时箭体平稳不翻滚，降落时箭体损坏。则该小组制作的火箭根据指标可评为　 　。 【改进】为了使水火箭能重复使用，请你提出一条改进措施：　 　。 【答案】减小水火箭飞行时受到的空气阻力；水火箭在空中飞行的时间；合格；水火箭升空后采用降落伞减速；在水火箭周围添加泡沫等防撞的装置(合理即可) 【知识点】水火箭模型 【解析】（1）根据导流罩可以减小空气阻力解答； （2）水火箭的上升高度高度越大，则火箭的飞行时间越长。 （3）将描述火箭的特征与表格内容对照即可； （4）减小落地时的速度，或者撞击端增加缓冲装置即可。 【解答】（1）水火箭顶部安装导流罩的目的是减小空气阻力（或优化空气动力学性能）。导流罩能降低飞行时的空气阻力，提高火箭的稳定性和飞行距离。 （2）在发射测试中，难以直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以通过测量水火箭在控制飞行时间来比较这个高度。因为水火箭的上升高度高度越大，则火箭的飞行时间越长。 （3）根据评价量表可知，飞行时平稳不翻滚 ，但是降落时箭体损坏 ，因此该小组制作的火箭可评为合格。 （4）为了使水火箭能重复使用，改进措施可以是：增加缓冲装置（如降落伞或泡沫材料）。 7．某校科技小组开展项目式学习，探究水火箭的射程(水平飞行距离)的影响因素。提出猜想：水火箭射程可能与瓶内液体占总体积比例、液体质量、瓶内气压和发射角度(水火箭与水平面的夹角)等因素有关。并利用如图所示的实验装置进行以下探究。 【探究一】水火箭射程与发射的角度的关系 实验设计：选用同一支水火箭，控制瓶内水量和气压一定，多次改变其发射角度，测量并记录实验数据如下表。 发射角度 25° 35° 45° 55° 65° 水火箭射程/米 31.32 43.60 53.07 49.82 35.42 （1）分析表中数据可知，在其他条件一定时，水火箭射程与发射角度的关系是　 　。 （2）为了进一步确定上述实验中水火箭射程最大时的发射角度，接下去的操作是　 　。 【探究二】探究水火箭射程与瓶内液体质量的关系 实验设计；①在可乐瓶中加入体积为V的水，将其放置在已固定好的发射架上(固定发射角度为45°)；给水火箭打气，当瓶内气压达到一定值时，打开发射开关，测量其射程。 ②用食盐和水配制A、B、C三种密度不同的盐水溶液，均量取体积为V的溶液替换水，重复之前步骤。 ③记录实验结果，并分析得出结论。 （3）步骤②中“均量取体积为V的溶液替换水”，该操作的目的是　 　。 （4）某同学认为本实验用相同装置，只用水进行实验，通过改变水的体积来改变质量更方便。从控制变量的角度判断该同学的观点是否合理并说明理由：　 　。 【答案】（1）随发射角度的增大，射程先增大后减小 （2）在45度附近，以更小的角度间隔进行多次实验，测量并比较射程。 （3）改变液体的质量 （4）不合理，理由是：若只改变水的体积，则瓶内液体的质量和瓶内空气的体积两个因素同时发生了改变，无法判断射程的变化是由哪个因素引起的 【知识点】水火箭模型 【解析】（1）通过对发射角度和射程的对应数据进行对比，观察数据变化趋势。 （2）当前实验角度间隔较大（10°），只能确定最大射程在45° 附近，无法精准找到最大射程对应的角度，因此需要在 45° 周围缩小角度间隔，多次实验测量，才能确定最精确的最佳发射角度。 （3）控制探究的是射程与瓶内液体质量的关系，根据控制变量法，需要控制液体体积相同，改变液体密度，从而改变液体质量，保证只有质量这一个变量，排除体积对实验结果的干扰。 （4）若只用水、改变水的体积，会同时改变液体质量和瓶内空气体积两个变量，违背控制变量法 “只改变一个变量，其他变量均不变” 的核心要求，无法确定射程变化是由质量还是空气体积引起，实验结论无说服力。 【解答】（1）分析表格数据：发射角度从 25° 增加到 45°，水火箭射程逐渐变大；角度从 45° 增加到 65°，射程逐渐变小。因此结论是：在其他条件一定时，水火箭的射程随发射角度的增大先增大后减小，45° 时射程最大。 （2）当前实验角度间隔为 10°，只能确定最大射程出现在 45° 附近，为进一步精确找到射程最大的发射角度，接下来的操作是：在 45° 附近，以更小的角度间隔（如 1°、2°、5°）进行多次实验，分别测量并比较对应的射程，找出射程最大时的发射角度。 （3）步骤②中均取体积为 V 的不同密度盐水替换水，液体体积保持相同，液体密度不同，根据m=ρV可知液体质量不同，该操作的目的是：控制液体的体积相同，改变液体的质量，保证实验中只有液体质量一个变量。 （4）该同学的观点不合理。理由是：如果只用水做实验、改变水的体积，会同时改变瓶内液体的质量和瓶内空气的体积两个变量，没有遵循控制变量法的要求，无法判断射程的变化是由液体质量改变引起，还是由空气体积改变引起，实验无法得出准确结论。 8．阅读下列材料，回答问题。 材料一：火星是和地球最相像的一颗行星，所处的位置在如图甲所示太阳系局部示意图中的某个位置。火星是地球_上人类可以探测的最近的行星，表层具有与地球相近的环境。 材料二：由于不同星球的质量和半径各不相同，所以同一个物体在不同星球上受到的重力并不相等。下表是质量为1 kg的物质在不同星球上受到的重力。 星球 月球 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 重力 1.62 3.60 8.50 9.80 3.76 22.9 9.05 8.30 11.00 材料三：带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦想，“天问一号”火星探测器已成功在火星着陆。如图乙所示是质量为5 000 kg的“天问一号”探测器利用YF一36型变推力发动机在火星上空悬停的情景。 （1）结合材料二的信息，计算地球上重力为600 N的宇航员登上月球后所受的重力是多少？ （2）“天问一号”在火星上空悬停时，“天问一号”受到的推力是多少牛？ 【答案】（1）m=G/g地 = 600 N/(10 N/kg)=60 kg G=m×g月=60 kg×1.62 N/kg=97.2 N （2）F=G=m'g火=5 000 kg×3.76 N/kg=18 800 N 【解析】（1）根据计算质量，然后 根据G=m×g月得出月球上的重力； （2）根据静止受力平衡计算。 9.带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦想，“天问一号”火星探测器于2020年7月23日发射，历时10个月，于2021年5月15日成功在火星着陆。中国成为第3个触摸这颗红色星球的国家！ 星球 月球 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 g值大小 1.62 3.60 8.50 9.80 3.76 22.9 9.05 8.30 1.00 （1）探测器软着陆是最难的，需要经历减速、悬停、着陆等阶段，期间探测器不断向下喷气，在9分钟内从2万多千米/小时的超高速，减速到零。如图为探测器悬停阶段，与其重力相平衡的力的施力物体是　 　。 （2）科学家还发现，跟地球上一样，在其他星球上，物体也会由于星球对它的吸引而受到力的作用。下表为不同星球上g的大小。如果将体积为100cm3，密度为0.8g/cm3的物体带到火星上，则它在火星上受到的重力为多少牛？ （3）着陆后，“祝融号”火星车从着陆器中驶出。已知火星车质量为240kg，共有6个车轮，若每个车轮与火星表面的接触面积为4.0×10-3m2求“祝融号”对火星水平平整表面的压强？ 【答案】（1）喷出的气体 （2）解：根据题意可知，物体的质量m＝ρV＝0.2g/cm3×100cm3＝80g＝0.08kg； 则物体在火星上受到的重力G＝mg＝0.08kg×3.76N/kg＝0.3008N； 答：体在火星上受到的重力为0.3008N。 （3）解：火星车的质量为240kg， 则火星车对地面的压力F=G2＝m1g＝240kg×3.76N/kg＝902.4N； 那么祝融号对火星水平平整表面的压强。 答：祝融号对火星水平平整表面的压强为2.256×105Pa。 【解析】（1）探测器悬停时，受到平衡力的作用，对探测器受力情况分析可知答案； （2）根据m=ρV计算物体的质量，然后根据G=mg计算物体在火星上受到的重力； （3）首先根据F=G2＝m1g计算火星车对地面的压力，然后根据计算它对表面的压强。 【解答】（1）根据题意可知，当探测器悬停时，它受到向下的重力与向上的支持力相互平衡。由于探测器不断向下喷出气体，那么气体会同时对探测器产生向上的支持力，那么与其重力平衡的力施力物体是喷出去的气体。 （1）探测器悬停时，受到平衡力的作用，一个重力另一个水喷出去的气体对探测器的反作用力，它们是一对平衡力，故与其重力平衡的力施力物体是喷出去的气体。 （2）物体的质量m＝Vρ＝100cm3×0.2g/cm3＝80g＝0.08kg 物体在火星上受到的重力G＝mg＝0.08kg×3.76N/kg＝0.3008N （3）火星车的重力G2＝m1g＝240kg×3.76N/kg＝902.4N 祝融号对火星水平平整表面的压力F＝G1＝902.4N 祝融号对火星水平平整表面的压强 学科网（北京）股份有限公司 $