2021年5月15日,我国发射的“祝融号”火星巡视器成功登陆火星表面。火星表面引力约为地球的38,着陆巡视组合体与环绕器分离后,冲入火星大气,高速运动的着陆巡视组合体在稀薄的大气冲击和摩擦中,其速度会骤降到数百米/秒,巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降至100米/秒以内,降落伞功成身退,着陆巡视组合体依靠底部强大的反冲火箭工作开始减速,直至悬停避障状态。最后阶段火箭停止工作,着陆巡视组合体成功降落火星表面。
抵达火星表面后,着陆器放出导轨,“祝融号”巡视器开机工作。“祝融号”使用了4片巨大的“蝴蝶型”太阳能电池阵列,其表面有一层钛、硅材料微结构膜,这层膜能够令火星的沙尘与太阳能电池板表面之间存在一层空气,可以极大减小火星尘埃与太阳能电池板表面的摩擦力,从而大大减少火星沙尘附着的可能性。
在“祝融号”工作期间,天问一号的环绕器飞行在距离火星最近200余千米、最远12000余千米的大椭圆轨道(如图所示),与“祝融号”联系,转发各种科研数据回归地球,并向它转发来自地球的指令。
同时还在多种轨道高度对火星进行整体性、全球性、综合性研究。
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(1)“祝融号”巡视器在地球上质量为240kg,登陆火星后其质量为
(2)环绕器运行到“近火点”时,它的势能
(3)为什么着陆巡视组合体能够处于悬停状态?
(4)请从上述材料中找出题目中未问到的物理现象,写出对应所涉及的物理知识或规律(任写两条)
现象 | 涉及的物理知识或规律 |
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“天问一号”火星探测器山环绕器和巡视器两部分组成,巡视器也叫着陆运载器,搭载着陆器和火星车,当探测器做好准备后,就会释放运载器进入火星大气层,运载器的耐高温特殊隔热外壳能保护火星车和着陆器不受高温损坏。当距离火星地面一定高度时,运载器释放降落伞进行第一次减速,下降到预定高度后抛出着陆器,着陆器随后启动缓冲火箭和姿态控制火箭进行二次减速,并在一定高度实现悬停,同时其底部的传感器对着陆场不间断进行扫描侦察并选定着陆点,最后在缓冲火箭的帮助下着陆器缓慢着陆,释放火星车。
“祝融号”火星车车轮是由中国科学院金属研究所马宗义团队研制的新型铝基碳化硅复合材料制成,与传统铝基碳化硅复合材料相比,该材料塑性提升一倍以上,同时保持高强度、高各向同性、高耐磨性和稳定性。“祝融号”火星车累计在火星表面行驶1921.5米,金属所研制材料制成的车轮经受住火星表面复杂工况考验,证明了该材料的高可靠性。
(2)已知火星表面的引力约是地球的38%,火星车登陆火星后,其在火星上受到火星的吸引力,与它在地球上所受到的重力相比
(3)火星车的铝合金制车轮应用了铝合金的
天问
太阳系八大行星之一的火星,其直径约为地球的53%,质量为地球的14%,在火星上物体的重力与质量的比值g取4N/kg。
2020年7月,我国发射了首个火星探测器“天问一号”。经过约7个月的飞行,探测器到达火星附近并绕火星飞行3个月后开始按计划进行火星着陆。2021年5月15日,着陆平台(如图甲)载着质量为240kg的“祝融号”火星车(如图乙)进入稀薄的火星大气上,在一顶面积达到200m2的降落伞的帮助下,着陆器的降落速度逐渐减小到100m/s内,当着陆器下降速度达到98m/s之后,7500的反推发动机开始工作,降落伞自动脱离,着陆器打开缓冲腿,当着陆器继续减速到2m/s时,发动机关闭,着陆器安全着陆,整个过程大19分钟,5月22日,“祝融号”火星车成功驶离着陆平台,到达火星表面,这是我国继探索月球后在太空科技领域取得的又一项重大成绩。
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(1)在飞向火星的大部分时间里。探测器的反推发动机处于
(2)降落伞打开后,着陆平台的机械能逐渐
(3)降落伞面积巨大,这样设计的目的是为了
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,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,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,上升器再次分离,成为环月飞行的“卫星”,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(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
冰雪运动装备与力学知识
如图所示是冬奥会的三个比赛项目:短道速滑、单板滑雪和冰壶.参加这些比赛项目的运动员各有不同的装备,在运动员的装备中都蕴含着有趣的力学知识.
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为什么短道速滑运动员要穿紧身衣,而单板滑雪运动员穿的较宽松呢?其中有与空气阻力相关的原因.空气阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;空气阻力大小跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大.单板滑雪运动对速度的追求不像短道速滑运动那么高,因此也就不像短道速滑运动那么在乎空气阻力的影响,所以单板滑雪运动员并没有穿那种紧身的衣服.
冰壶运动员比赛时脚穿的运动鞋,如图示.冰壶运动员的两脚所穿鞋的鞋底材料为什么是不同的呢?冰壶运动鞋两只鞋底质地不同:蹬冰鞋底是橡胶制成的,穿在蹬冰脚上;而滑行鞋的鞋底是由专业塑料制成的,穿在支撑脚上.蹬冰时,地面给运动员蹬冰脚施加静摩擦力,运动员蹬地时蹬冰脚要不打滑.滑行起来后,支撑脚在冰面上滑行,受到冰面的滑动摩擦阻力要尽量的小.因此,蹬冰脚穿的鞋为橡胶底,支撑脚穿的鞋为塑料底.
根据以上材料,回答下列问题:
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(1)相比单板滑雪运动员,短道速滑运动员比赛服更
(2)冰壶运动鞋中的“蹬冰鞋”的鞋底是
“好奇号”火星车
2012年8月6日,美国航天局发射的“好奇号”火星车成功登陆火星(如图甲所示),登陆后不久,就发回了火星表面的高清图片,标志着人类探索火星的征程取得了重大进展,“好奇号”火星车长3.0 m,宽2.8 m,高2.1 m,装备6个直径为0.5 m的轻便、强度大、易散热的铝制车轮,整车质量约为90 kg.
由于“好奇”号火星车的重量太大,无法使用安全气囊进行着陆,在最后的下降阶段,由一个被称为“天空起重机”的反推火箭为火星车减速(如图乙).在“天空起重机”与火星车之间有三条尼龙索连接着,一旦火星车接触火星表面,并被传感器检测到后将切断连接,悬停式反推火箭将往一个方向飞走,离开火星车的安全区域.
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(1)“好奇号”的车轮表面刻有花纹的目的是为了
(2)已知火星表面的引力约是地球的38%,则“好奇号”登陆火星后其质量
(3)火星车装备的是铝制车轮,没有应用到铝的哪一物理属性
A.密度小 B.硬度大 C.导电性好 D.导热性好
(4)研究表明,太空中的某种带电粒子会对探测器的计算机系统产生影响,从而导致程序出错.下列粒子中可以排除的是
A.原子核 B.电子 C.质子 D.中子
(5)“天空起重机”把“好奇号”安全着陆到火星的过程中,应用到的力学知识有(写出一条):
拔河,即双方各执绳的一端进行角力的体育活动,属于中国的传统运动项目。如图甲所示,双方对绳有拉力,同时受到绳对双方的拉力。根据相互作用力知识,A方对绳的拉力与绳对A方的拉力相等,B方对绳的拉力与绳对B方的拉力相等,当一根绳静止或缓慢移动时,绳上的拉力处处相等,由此可知双方对绳的拉力大小相等均等于绳的张力且方向相反。
拔河时被拉动的一方是失败的,简单来说,拔河输掉比赛的情况有两种:情况1:两个队伍在拉扯时,运动员与地面之间的摩擦力会影响绳子的运动,如果输的一方人的姿势不变,原封不动的被拉了过来,这种情况主要是输在了最大静摩擦力。最大静摩擦力是指拉动物体,当物体即将滑动而未滑动时受到的摩擦力,即临界状态的最大摩擦力。情况2:在拔河时,运动员的身体相当于杠杆,如果输的一方被拉得“转动起来”,即身体前倾后向前扑倒,最后脚底不稳输掉比赛,这种情况主要是输在了重力的力矩上。
所谓力矩,即力和力臂的乘积。拔河比赛为什么跟力矩有关系呢?如图乙所示。把人看作一个杠杆,人后仰时,绳子作用在人身上的力让人以脚底为支点向前旋转,即前倾;阻碍人发生转动的力是人的重力,身体后倾角度越大,重力的力臂越大,从而增大了力矩,同时也减小了绳子拉力的力矩。
(2)图乙中,将人视为杠杆,脚底与地面接触的点O为支点,请做出乙中左图人的重力G的力臂
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(3)拔河比赛中,运动员的体重越大,赢的概率就越大。根据材料中信息,写出选择体重大的运动员对赢得比赛有利的两点
(4)根据杠杆平衡知识,被拉得前倾输掉比赛的一方,其重力G的力矩
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天问一号开启火星探测之旅
2021年5月15日,我国首个火星探测器——“天问一号”在火星成功着陆,迈出了我国星际探测征程的重要一步。
“天问一号”包括环绕器和着陆巡视器两部分。为了让着陆视器准确进入火星着陆轨道,首先需要环绕器在携带着陆巡视器的情况下进入着陆轨道。实施两器分离后,着陆巡视器则进入火星大气层,完成系列着陆动作;环绕器则需要迅速抬升轨道,再次进入环火轨道,成为着陆巡视器与地球的通信中继站,进行火星环绕探测,并及时将火星上的图片信息传回地球。
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(1)环绕器能将图片信息传回到地球上,主要是因为电磁波能在
(2)着陆巡视器从距火星表面约100m处开始的运动可以看作是匀速直线运动,则此过程中着陆巡视器受到的阻力
(3)着陆巡视器上搭载的“祝融号”火星探测车质量为240kg,共有6个轮子与火星表面面接触,每个轮子与地面的接触面积约为
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(4)其实“祝融号”火星车巡航速度非常的慢,仅每小时40米,大约与
A.蜗牛的爬行速度 B.人行走的速度 C.汽车在高速公路上的行驶速度
若“祝融号”在火星表面匀速直线行驶,所受阻力为车重的0.1倍。“祝融号”行驶15min做功
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第24届冬奥会于2022年2月4日在北京召开,彰显中国自信,奥运精神温暖人心;冬奥会的会徽,名字叫“冬梦”,以汉字“冬”为灵感,运用书法艺术形态,传递出实现“三亿人参与冰雪运动”的目标。火炬的名称叫做“飞扬”,该火炬外壳由碳纤维复合材料制造而成,不仅具有“轻、固、美”的特点,而且在1000oC的温度下不会起泡、开裂。
如图所示是冬奥会的两个比赛项目:单板滑雪和冰壶。这些比赛项目中都蕴含着有趣的物理知识。单板滑雪(即滑板滑雪)又称冬季的冲浪运动,我国运动员苏翊鸣在北京冬奥会摘得了单板滑雪坡面障碍技巧银牌和大跳台金牌。选手用一个滑雪板而不是一双滑雪板,利用身体和双脚来控制方向。如何选择一块合适的滑板呢?大多数人需要的滑板竖立在地面上时应该达到使用者的下巴或嘴唇附近(如图甲);选择宽度的原则是:当使用者横向站在滑板上时,人的靴子底长度应与滑雪板宽齐平或稍稍超过其边缘。苏翊鸣身高为175cm,重为600N,穿40码的鞋。已知鞋长与码数的对应关系为:鞋长(cm)=(码数+10)×0.5。冰壶是一项兼具技巧与谋略的高雅运动,深受人们的喜爱。冰壶由花岗岩凿磨制成,质量约19kg,与冰道的接触面积约为0.02m2。比赛时,中间的运动员后脚蹬地,将冰壶推出,冰壶在一个非常平整的冰道上滑行,两边的运动员在冰壶行进前方的冰道上用冰刷“扫刷”,使冰转化成薄薄的一层水,冰壶可以走得更顺滑。如图戍,冬奥会冰壶比赛上,冰壶从出发点A被运动员推着运动6m后,在B点被推出,沿冰道运动30m到O点停下来。
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(1)火炬的材料与以下特性无关的是
A.密度小
B.硬度大
C.耐高温
D.导热性好
(2)根据以上资料,你会帮苏翊鸣从下列三种型号的滑板中选择型号:
型号①:长度约160cm,宽度约25cm
型号②:长度约160cm,宽度约40cm
型号③:长度约175cm,宽度约40cm
(3)苏翊鸣向上腾空跃起到最高点的过程中,他的动能和
(4)在某次滑雪过程中,苏翊鸣以5m/s的速度匀速滑下长1200m,高度差为300m的滑道(如图丙),重力对他做功的功率为
(5)冰壶被推出后,它能在冰面上继续滑行是因为
电梯
电梯是高层住宅必备的交通工具。如图甲所示是某种升降电梯工作原理图,它由轿厢、对重、电动机、钢丝绳、滑轮等部件连接组成,电动机和对重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力,连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近,轿厢与对重的运动方向始终相反。对重的质量为400kg,空轿厢的质量是500kg,额定载重量是1000kg。某次电梯满载上升时的v-t图像如图乙所示。不计钢丝绳重力和一切摩擦。(2)根据平衡力的知识,你认为对重的质量不能超过
(3)按图乙所提供的信息,电梯的轿厢在
(4)按图乙所提供的信息,电梯轿厢在0~2s内受到的拉力
中国梦,我的梦!中国进入通信新时!
2016年8月16日1时40分,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子亏”发射升空,如图甲所示,为了保护发射塔,在塔下有个充满水的水池,火箭发射时可以看见冒出大量的“白烟”;“墨子号”卫星是我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子科学实验卫星作为以量子力学基本原理为基础的全新通信技术,量子通信被视为可以解决人们的担忧、无条件保障通信安全的最有效方式。“墨子号”卫星与地球同步卫星运行轨迹相似(如图乙所示),但比一般卫星运行的轨道较低,且绕地球运转快于地球自转。
“墨子号”名字的来历:墨子最早提出光线沿直线传播,设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星,将提升我们的文化自信。
(2)如图乙所示,“墨子号”卫星从近地点向远地点运行过程中,能量的转化情况是
单板滑雪
单板滑雪(即滑板滑雪)又称冬季的冲浪运动,单板滑雪选手用一个滑雪板而不是一双滑雪板,利用身体和双脚来控制方向。1994年国际滑联(FIS)将滑板滑雪定为冬奥会正式项目。
无论你是个顶级高手还是第一次踏上滑雪单板,你的滑雪体验直接与你的装备质量相关,好的装备会增加你滑雪的乐趣。滑雪装备可划分为两大部分,一是硬件——用于滑雪,包括滑板、靴子和固定器;二是软件——使你保持温暖,如夹克、裤子、头盔等。滑板的底板材料主要由塑料或高分子尼龙材料制成,高分子材料的底板更为光滑。
应如何选择一块合适的滑板呢?合适的滑板长度应依赖于使用者的滑雪方式、身高和体重来选择,大多数人需要的滑板竖立在地面上时应该达到使用者的下巴或嘴唇附近(如图所示)。宽度是挑选单板的另一个非常重要的因素,基本原则是:当使用者横向站在滑板上时,人的靴子底长度应该与滑雪板宽齐平或稍稍超过其边缘。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/3/16/2937376626335744/2937500311289856/STEM/0cd557e6-9920-44d1-8fa3-1641a2739596.png?resizew=472)
北京2022年冬奥会共设有男女U型场地技巧、坡面障碍技巧、平行大回转、大跳台和障碍追逐等项目,一共产生11枚金牌,其中障碍追逐混合团体比赛是北京冬奥会新增小项。我国运动员苏翊鸣在北京冬奥会摘得了单板滑雪坡面障碍技巧银牌和大跳台金牌。
请回答下列问题:
(1)如图所示,中国选手苏翊鸣向上腾空跃起到最高点的过程中,他的动能和
(2)他在空中下落过程中(如图所示),重力做功越来越
(3)小强要去玩单板滑雪,他的身高为170cm,体重为600N,穿40码的鞋。你会帮他从下列三种型号的滑板中选择型号
型号①:长度约100cm,宽度约21cm;
型号②:长度约150cm,宽度约25cm;
型号③:长度约170cm,宽度约28cm。
(4)请估算小强在进行单板滑雪时对雪地的压强为
悬在城市上空的痛
随着新农村建设的开展,很多居民住进了宽敞明亮的楼房。生活越来越舒适的同时,一种“高空抛物”现象时有发生。高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”,这是一种不文明的行为,而且会带来很大的社会危害。一天下午,陈某出门忘记了带钥匙,其妻从6楼将一串钥匙抛下,不小心砸到陈某头部造成重伤。据报道:一个50g的鸡蛋从18楼抛下来其具有的能量就可以砸破行人的头骨,从25楼抛下可使人当场死亡。
《民法通则》第126条也有规定,建筑物或者其他设施以及建筑物上的搁置物、悬挂物发生倒塌、脱落、坠落造成他人损害的,它的所有人或者管理人应当承担民事责任。
(1)重力势能大小与
(2)重物在下落过程中将
(3)下降过程中鸡蛋的机械能
(4)请列举一种生活中有可能造成“高空抛物”伤害的现象