2021年5月15日,“天问一号”探测器成功着陆火星表面。该探测器是由一架轨道飞行器和一辆火星车(如图)组成,探测器的成功发射、持续飞行、环绕、着陆和巡视,是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。在探测器着陆火星的过程中,着陆平台打开发动机,通过向下喷燃气实现减速,在距离火星地面100m高度处速度减为零,进入悬停状态。此时着陆平台开启雷达和光学相机等进行探测,寻找着陆点,在找准着陆点后继续下降,其速度先增大后减小,在距离火星地面高度20m时开始以恒定速度下降,平稳着陆。火星是太阳系八大行星之一,火星表面g约为3.7 N/kg,火星表面的大气密度大约只有地球的1%,火星表面的平均大气压强约为700Pa,比地球上的1%还小。
(1)“天问一号”探测器在匀速绕火星飞行时,此时它
(2)从悬停到成功降落至火星地面前,火星车的速度变化情况是
A.增大→不变→减小 B.增大→减小→不变
C.不变→增大→减小 D.减小→增大→不变
(3)在火星表面水的沸点
(4)假如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
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火箭发射
2021年4月29日11时23分,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱在海南文昌航天发射场发射升空。长征五号B遥二运载火箭在经历了8分多钟的飞行后,成功托举天和核心舱进入预定轨道,之后太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常,发射任务取得圆满成功。这也意味着我国载人航天工程中首 个空间站核心舱天和核心舱向着太空出征了,并为后续关键技术验证和空间站组装建造顺利实施奠定了坚实基础。火箭发射时,由地面控制中心倒记时数到零,便下令第一级火箭发动机点火,此时火箭自身携带燃烧剂与氧化剂燃烧产生的热气流高速向后喷出,使火箭拔地而起,冉冉上升,加速飞行段由此开始了。经过几十秒钟,火箭开始按预定程序缓慢向预定方向转变,经一段时间后,火箭达到一定高度时,第一级火箭发动机关机分离,第二级接着点火,继续加速飞行,这时火箭已飞出稠密大气层,可按程序抛掉卫星的整流罩。在火箭达到预定速度和高度时,第二级火箭发动机关机分离,至此加速飞行段结束。随后,火箭靠已获得的能量,在地球引力作用下,开始惯性飞行段,直到与预定轨道相切的位置为止。此时第三级火箭发动机点火,开始了最后加速段飞行。当加速到预定速度时第三级发动机关机,火箭的运载使命就全部完成了。
(1)火箭起飞所需力的施力物体是
(2)火箭达到预定速度和高度时,第二级火箭发动机关机分离,火箭利用自身的
满载排水量/t | 最大舰长/m | 最大舰宽/m | 总功率/kW | 最高航速km/h | 歼-15舰载机的质量/t | 最大舰载机数量/架 |
67200 | 304 | 70.5 | 54 | 22.66 | 30 |
(1)机翼的横截面设计成图乙所示的形状,是利用流体流速越快,压强
(2)下列有关航母、舰载机的说法正确的是
A.舰载机静止在航母甲板时,飞机受到的重力与支持力是一对平衡力
B.舰载机起飞时,发动机往后喷出烈焰,可知舰载机所受推力的施力物体是发动机
C.舰载机在航空母舰上顺风起飞,更有利于飞机升空
D.舰载机降落后,飞机由于惯性作用仍会向前滑行一段距
“天问一号”登陆火星的最后9分钟
2021年5月15日清晨4时许,我国“天问一号”着陆器(如图1甲)进入火星大气层,经过约9分钟的减速、悬停和缓冲,成功着落于火星表面,迈出了我国星际探测征程的重要一步。
着陆器刚进入大气层时,会迅速调整自己的姿势,使自身的运动方向、质心和压心处于一条直线上,以保持相对稳定的姿态下降,此时运动方向与轴线方向并不在同一直线上。下降一段时间后,当着陆器速度减小90%左右时,着陆器伸出“小翅膀”,通过向下压火星大气产生的反作用力,将其运动方向与轴线方向的夹角调整到0°,为安全打开降落伞摆正姿势。如图1乙所示,降落伞打开后减速到一定程度,先抛弃隔热大底,后抛弃背罩,让火星车和着陆平台(如图1丙)露出真容。随后,着陆平台打开发动机,通过向下喷燃气实现进一步减速,在距离火星地面100m高度处速度减为零,进入悬停状态。此时着陆平台开启雷达和光学相机等进行探测,寻找着陆点,在找准着陆点后继续下降,其速度先增大后减小,在经过高度20m后,维持恒定速度下降,平稳着陆。
(1)着陆器伸出“小翅膀”后,受到向上推力的施力物体是
(2)从悬停到成功降落火星地面前,火星车的速度的变化情况是
A.增大→不变→减小 B.增大→减小→不变
C.不变→增大→减小 D.减小→增大→不变
(3)请在图1丙中画出火星车和着陆器平台处于悬停状态时,受到的“重力”G和气体对它的升力F升的示意图;
(4)如图2四幅图中,能反映着陆器刚进入大气层时维持相对稳定姿态下降的是
(5)已知降落伞下降过程所受气体阻力大小与速度大小成正比,比例系数在火星和地球上分别为k1和k2。降落伞达到最小速度时,其所受的气体阻力与着陆器重力大小相等。若同一个降落伞在火星表面和地球表面下降能达到的最小速度分别为v1和v2,同一物体在火星表面受到的“重力”与地球上的重力之比为2:5,则k1:k2为
A. B. C. D.
中国第一辆火星车“祝融号”
2021年5月15日,由“天问一号”释放的着陆器成功着陆于火星乌托邦平原南部。其整个着陆过程大致分为进入、减速、软着陆三步。着陆器搭载着火星车进入火星大气层后,首先通过滑行进行气动减速,着陆器抛弃减速,启动缓冲火箭进入动力减速阶段。当下落到距火星表面约100m的高度时,并利用其底部的传感器进行扫描侦察,自主选择适合着陆的平坦区域,着陆器在发动机的控制下缓速触地(如图所示)。5月22日,开启勘探任务。“祝融号”的质量为240kg,车轮与火星表面接触的总面积约为0.02m2。为适应火星表面的复杂地形,火星车的6个车轮均可独立升降和转向,能进行蠕动、蟹行、酷脚等机械操作。
(1)着陆过程中,着陆器受到火星大气的压强
(2)火星车可以完成蠕动、蟹行、踏脚等操作,说明力
小军是一个航天迷,收集了很多神舟飞船方面的信息。对神舟十三号载人飞船就收集到如下信息:
2021年10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火升空。约582秒后,神舟十三号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。10月16日6时56分,神舟十三号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。
2021年11月7日18时51分,航天员翟志刚成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门,截至20时28分,航天员翟志刚、王亚平身着中国新一代“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱。
2021年12月9日15时40分,“天宫课堂”第一课开始,神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富将在中国空间站进行太空授课。
小军根据收集到的信息提出了下列问题:
(1)火箭发射后,火箭相对于飞船是
(2)火箭点火向后喷气,使火箭加速升空,这说明
(3)航天员出舱后和在地球时的质量相比是
(4)空间站在太空运行,受力是
(5)王亚平水平抛出的橡皮擦,因为具有
神舟十三号载人飞船的回家之旅
2022年4月16日上午10时左右,神舟十三号载人飞船的返回舱成功返回地面,圆满完成任务,刷新了中国航天员单次太空驻留时间的纪录。神舟十三号飞船与空间站运行在距地面约400公里高的轨道上,以接近每秒8公里的速度运动,飞船具有极大的势能和动能,它在返回地面过程中经历了四次“刹车”,耗散掉这些能量后稳稳落地。
第一次刹车
神舟十三号飞船经历转体、丢弃掉轨道舱等动作后,发动机向前喷气产生反推力,使飞船减速,让飞船脱离原运行轨道,进入返回地球轨道,飞船以无动力状态在地球引力的作用下下落。在距离地面140公里的时候,飞船再丢弃掉推进舱,此时飞船只剩返回舱了。
第二次刹车
在距离地面100公里的时候,返回舱高速进入大气层,强烈压缩其前面的空气,造成温度急剧升高,使其被一层高温的等离子体包围着。等离子体能够屏蔽电磁波,形成所谓的“黑障”区,造成了返回舱与地面控制人员无法进行通讯。在距离地面40公里的时候,黑障消失,返回舱与地面恢复联系。
第三次刹车
在距离地面10公里的时候,依次打开减速伞与主降落伞,减速伞能够让返回舱的速度降低到60米每秒,主降落伞能够让返回舱速度降低到3米每秒!
第四次刹车
当距离地面只有1米的时候,返回舱底部的反推发动机瞬间点火,喷出大量的高压燃气,最终把最后的一点速度也抵消掉,返回舱完成太空之旅。
(1)在所谓的“黑障”区,返回舱无法与地面控制人员进行通讯的原因是
(2)请你列举出与第一次和第四次刹车原理相似的生活实例。(至少举出2个生活实例)
流体阻力
物体在流体中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫做流体阻力。流体阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫做流线型)的物体受到的阻力较小。物体从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,当阻力大到与重力相等时,将以某一速度做匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。某研究小组做了“空气对球形物体阻力大小与球的半径和速度的关系”的实验,测量数据见下表。小球编号 | 1 | 2 | 3 |
小球质量(g) | 2 | 5 | 45 |
小球半径() | 5 | 5 | 15 |
小球的收尾速度() | 16 | 40 | 40 |
A.飞机为了减小阻力,应做成头尖尾圆的形状
B.一张纸揉成纸团从空中下落较快,是因为纸团受到的阻力小
C.人游泳时身体应尽可能保持流线型,可增大水对人体的作用力
D.海豚等海洋动物能在水中高速潜行,是因为它们的横截面积较小,阻力较小
(2)2号小球受到空气阻力最大时的速度为
(3)半径相同的小球,质量大的小球收尾速度
(4)对于3号小球,当速度为时,空气阻力
(5)假设小球由静止下落,且高度足够高则3号小球的速度随时间变化的大致图像为
日常生活中存在这样的现象:飞机、轮船、汽车等交通工具运行时,受到空气阻力;人在水中游泳、船在水中行驶时,受到水的阻力;百米赛跑时,奔跑得越快,我们感到风的阻力越大。这是什么原因呢?
查阅相关资料得知:物体在流体中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫作流体阻力。流体阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫作流线型)的物体受到的阻力较小。物体从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,当阻力大到与重力相等时,将以某一速度做匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。某研究小组做了“空气对球形物体阻力大小与球的半径和速度的关系”的实验,测量数据见下表。(g取10N/kg)
小球编号 | 1 | 2 | 3 |
小球质量/g | 2 | 3 | 45 |
小球半径/10﹣3m | 5 | 5 | 15 |
小球的收尾速度/(m•s﹣1) | 16 | 40 | 40 |
(2)半径相同的小球,质量
(3)对于3号小球,当速度为20m/s时,空气阻力
(4)轿车的外形常做成流线型,目的是
(5)为提高游泳成绩,请从泳姿或泳装方面,给运动员提一条合理化建议:
无砟(zhǎ)轨道的高速列车
无砟轨道(如图甲)的路基不用碎石,钢轨和轨枕直接铺在混凝土上;这可减少维护、降低粉尘等;高速列车在无砟轨道上运行时如子弹头般穿梭而过,时速可达350千米(如图乙);传统铁路的钢轨是固定在枕木上,下面为小碎石铺成的路砟(如图丙);
(1)列车设计成子弹头型,目的是
(2)列车在匀速行驶过程中,列车的动力
(3)传统的铁路轨道,路砟和枕木的作用是
①增大受力面,防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里
②可以减少噪声和列车振动
③可以减少维护、降低粉尘
④可以吸热、增加透水性
A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④
(4)高速行驶的动车进站前关闭电源,由于
乘舟巡宇探天河——中国人的“航天梦”
经过几代中国人的努力,中国在航天领域取得了令世界瞩目的成绩。如图甲是2022年6月5日“神舟十四号飞船”升空的情景,火箭以极大的速度向后喷射出燃烧产生的高温高压气体,从而产生向前的反作用力,推动火箭向前飞行。
“飞天梦永不失重,科学梦张力无限。”驻留在中国空间站的“神舟十三号”乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富化身“太空教师”,通过一系列奇妙的太空实验,圆满完成了一次跨越400公里的太空科普。“天宫课堂”的物理实验丰富多彩,同样的实验,因为“失重”的原因,让我们看到了与在地球上不一样的结果。像“点水成冰”、大尺寸“液桥”不垮塌、油水从分离到相融、在太空抛“冰墩墩”(如图乙)等实验让孩子们印象深刻,回味无穷。请回答:
(1)在“神舟十四号”载人飞船的起始加速阶段,飞船的机械能
(2)火箭获得升空的动力是利用了
(3)“神舟十四号”飞船在进入指定的轨道绕地飞行时,其运动处于
(4)在空间站里,所有物体都处于失重状态,若用装有一定量水的烧杯,将一个乒乓球完全浸没在水中,松手后,乒乓球将会
(5)在“太空抛物实验”中,宇航员王亚平将冰墩墩抛到对面宇航员叶光富的手中,冰墩墩在空中飞行时,将做
(6)宇航员为了健身,是否可以选择举重
火星探测器“天问一号”
火星是太阳系中与地球最相似的行星,有大气,温度适宜,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4月24日,国家航天局宣布将我国火星探测任务命名“天问”,并将首个探测器命名“天问一号”。天问一号将一次性完成“绕、落、巡”三大任务,这在世界航天史上还没有先例。
“绕”,探测器经过7个月的长途飞行,预计明年2月抵达火星附近,之后沿椭圆轨道绕火星运动,实现火星的远、近火点环绕探测。离火星最近的点叫近火点,离火星最远的点叫远火点。
“落”,使探测器着陆火星表面将是一个更艰巨的挑战,需在7分钟内,使探测器的时速降至0。我国利用探月的技术积累,通过四个阶段来减速。第一阶段气动减速,给探测器来个急刹车;第二阶段降落伞减速,速度减至342km/h;第三阶段动力减速,探测器反推发动机点火工作,速度减至3.6m/s;第四阶段着陆缓冲,将探测器悬停在空中,对火星表面观察,寻找合适的位置着陆。
“巡”,当探测器到达火星后,放出巡视车,完成对火星表面的拍摄及土壤分析等工作,为下一步探测打好基础。
人类对于未知世界的好奇与探索从没有停息过,仰望璀璨星空,我们追梦不止!
(1)探测器沿椭圆轨道绕火星运动时,不受空气阻力,只发生动能和势能的相互转化。由近火点向远火点运动时,探测器的动能
(2)探测器着陆前的降落伞减速阶段,速度减至
(3)巡视器降落到火星表面后,巡视器对火星表面的压力和火星对巡视器的支持力
(4)在火星上重力与质量的比值为g火,探测器在火星上空悬停时其质量为m,反推发动机喷出的气体对探测器的作用力大小为
2020年12月17日凌晨2点,嫦娥五号月球探测器带着“月球土特产”顺利着陆于内蒙古中部草原的四子王旗航天着陆场。
嫦娥五号探测器由上升器、着陆器、返回器和轨道器4部分组成,总质量达8200kg。探测器被发射到目标位置后,着陆器和上升器的组合体从距月面15km处开始,经15min降落至月球表面。安全降落的着陆器和上升器组合体进行月球采样,然后将携带的国旗在月面展开后成功解锁分离。此后,着陆器留在月面,上升器携带月球样品从月球表面加速起飞,进入环月轨道后与轨道器和返回器的组合体进行对接,并将月球样品转移到返回器,随后,上升器再次分离,成为环月飞行的“卫星”,轨道器将会再护送返回器一程。最终,独自携带1731g月球样品的返回器先以高速进入地球大气层,然后借助大气层提供的升力“打水漂”后跳起来,之后再重新进入大气层才安全返回地球(如图)。
(1)总质量为8200kg的探测器在地球上时,它的重力为
(2)1731g的月球样品到达地球后,质量将
(3)上升器加速离开月球时,相对于月球表面,发动机喷气的方向是向