2025年高三物理上學期“物理太空探索”中的物理知識考查卷一、選擇題（共8小題，每題6分，共48分）1.空間站完全失重環(huán)境中的物理實驗在距離地表約400公里的天宮空間站實驗艙內(nèi)，下列實驗方案能有效測量軌道處重力加速度的是（）A.用彈簧秤懸掛已知質(zhì)量的砝碼，直接讀取示數(shù)計算重力加速度B.讓單擺從偏離豎直方向5°角釋放，測量擺長和周期后用公式(g=\frac{4π2L}{T2})計算C.從固定高度同時釋放羽毛和金屬塊，記錄下落時間并結(jié)合自由落體公式求解D.通過地面測控系統(tǒng)獲取空間站繞地球運行的周期T和軌道半徑r，利用(g=\frac{4π2r}{T2})計算解析：空間站處于完全失重狀態(tài)，與重力相關(guān)的實驗（如彈簧秤測力、單擺、自由落體）均無法正常進行。選項D中，萬有引力提供向心力(G\frac{Mm}{r2}=m\frac{4π2r}{T2})，且軌道處重力加速度(g=G\frac{M}{r2})，聯(lián)立可得(g=\frac{4π2r}{T2})，故D正確。2.嫦娥六號變軌過程中的機械能變化嫦娥六號探測器在完成月球背面采樣后，需從環(huán)月橢圓軌道Ⅱ的近月點Q變軌至圓形軌道Ⅳ。已知軌道Ⅱ的半長軸為(a_1)，軌道Ⅳ的半徑為(a_2)（(a_1>a_2)），則變軌過程中（）A.需在Q點點火加速，機械能增加B.變軌后探測器的向心加速度增大C.軌道Ⅱ上經(jīng)過Q點的速率小于軌道Ⅳ的運行速率D.兩軌道運行周期滿足(\frac{T_1}{T_2}=(\frac{a_1}{a_2})^{\frac{3}{2}})解析：從橢圓軌道變軌至圓軌道需減速做近心運動，機械能減?。ˋ錯誤）；由(a=G\frac{M}{r2})，軌道Ⅳ半徑更小，向心加速度更大（B正確）；Q點為橢圓軌道近月點，速度大于同位置圓軌道速度（C錯誤）；根據(jù)開普勒第三定律(\frac{T2}{a3}=k)，D正確。答案為BD。3.鵲橋二號中繼星的受力分析鵲橋二號運行于地月拉格朗日L2點附近的Halo軌道，該點位于地月連線延長線上，中繼星隨月球同步繞地球公轉(zhuǎn)。下列說法正確的是（）A.中繼星的發(fā)射速度需大于11.2km/s才能擺脫地球引力B.地球?qū)χ欣^星的引力大于月球?qū)ζ涞囊.運行周期與月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同D.若僅受地球和月球引力，中繼星在L2點可保持靜止解析：中繼星仍繞地球運動，發(fā)射速度介于7.9~11.2km/s（A錯誤）；L2點處地球與月球引力的合力提供向心力，地球引力小于月球引力（B錯誤）；因“隨月球同步公轉(zhuǎn)”，周期與月球公轉(zhuǎn)周期相同（C正確）；L2點是引力平衡點，但中繼星需繞L2點做圓周運動，并非靜止（D錯誤）。答案為C。4.空間站機械臂的力矩平衡問題天宮空間站機械臂末端抓取200kg載荷，已知機械臂總長5m，關(guān)節(jié)處可視為固定轉(zhuǎn)軸。若載荷重心距轉(zhuǎn)軸3m，機械臂自重忽略不計，則關(guān)節(jié)電機需提供的力矩大小為（）A.6×103N·mB.4×103N·mC.3×103N·mD.2×103N·m解析：力矩(M=F·L)，載荷重力(F=mg=200×10=2000N)，力臂(L=3m)，故(M=2000×3=6×103N·m)。答案為A。5.太空授課中的水球光學實驗航天員在空間站做“水球?qū)嶒灐睍r，將紅色LED燈貼近水球表面（視為理想球體），在另一側(cè)觀察到發(fā)光點的像。若水球半徑為R，折射率為n，則下列說法正確的是（）A.若LED位于球心處，光線沿半徑方向傳播，無折射現(xiàn)象B.若LED在球外，可能成正立放大的虛像C.水球?qū)t光的折射率小于對藍光的折射率D.增大LED與水球距離，像的大小一定減小解析：球心處光線傳播方向不變（A正確）；水球相當于凸透鏡，球外物體可成倒立實像或正立虛像（B正確）；紅光波長較長，折射率較小（C正確）；物體在焦距內(nèi)時，增大距離像變大（D錯誤）。答案為ABC。6.火星探測器的核能供電系統(tǒng)天問三號火星車采用(^{238}Pu)核電池供電，其衰變方程為(^{238}{94}Pu→^{234}{92}U+^{4}_{2}He+γ)。已知(^{238}Pu)的半衰期為87.7年，則（）A.γ射線是核外電子躍遷產(chǎn)生的B.衰變后(^{234}U)的比結(jié)合能小于(^{238}Pu)C.100個(^{238}Pu)原子核經(jīng)過87.7年一定剩余50個D.核反應過程中動量守恒解析：γ射線為核反應釋放的能量（A錯誤）；衰變后生成更穩(wěn)定的核，比結(jié)合能增大（B錯誤）；半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用（C錯誤）；核反應中內(nèi)力遠大于外力，動量守恒（D正確）。答案為D。7.電磁彈射系統(tǒng)的力學分析某空間站貨運飛船采用電磁彈射裝置發(fā)射衛(wèi)星，已知彈射軌道長L=5m，衛(wèi)星質(zhì)量m=200kg，彈出時速度v=10m/s，忽略空氣阻力，則（）A.衛(wèi)星加速度大小為10m/s2B.彈射過程平均推力為2000NC.推力做功的功率隨時間均勻增大D.若軌道傾角為30°，彈出速度將減小解析：由(v2=2aL)得(a=10m/s2)（A正確）；推力(F=ma=2000N)（B正確）；功率(P=Fv=Fat)，隨時間均勻增大（C正確）；軌道傾角不影響沿軌道方向加速度（D錯誤）。答案為ABC。8.引力波探測的物理原理LIGO探測器通過激光干涉測量時空畸變。若兩束激光（波長λ=500nm）在長臂中傳播距離差為Δx，則干涉條紋移動的條數(shù)為（）A.Δx/λB.2Δx/λC.λ/ΔxD.λ/(2Δx)解析：光程差每變化λ，條紋移動一條，兩臂總光程差為2Δx，故移動條數(shù)為(2Δx/λ)。答案為B。二、實驗題（共14分）9.利用單擺測量空間站軌道周期某小組設(shè)計實驗測量空間站運行周期：將擺長L=1m的單擺懸掛于實驗艙內(nèi)，用頻閃相機拍攝擺球運動，得到如圖所示的頻閃照片（頻閃間隔T?=0.1s）。（1）照片中擺球相鄰位置間距幾乎相等，原因是__________。（2）若地球質(zhì)量M=5.98×102?kg，引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2，估算空間站軌道半徑r=__________km（保留兩位有效數(shù)字）。答案：（1）空間站完全失重，單擺不擺動，做勻速直線運動（2）由(G\frac{Mm}{r2}=m\frac{4π2r}{T2})，取照片中擺球勻速運動速度v=Δx/T?，假設(shè)拍攝時間內(nèi)空間站轉(zhuǎn)過θ角，(rθ=vΔt)，聯(lián)立解得r≈6.7×103km三、計算題（共38分）10.地月轉(zhuǎn)移軌道的能量問題（14分）嫦娥六號從地球發(fā)射后經(jīng)地月轉(zhuǎn)移軌道到達月球，已知地球質(zhì)量(M_地=81M_月)，地月距離(r=3.84×10^5km)。（1）求地月連線上引力為零的L1點到月球的距離x；（2）若探測器在L1點的速度為v=1.0km/s，僅考慮地月引力，判斷探測器能否到達月球。解析：（1）由(G\frac{M_地m}{(r-x)2}=G\frac{M_月m}{x2})，代入(M_地=81M_月)，解得(x=\frac{r}{10}=3.84×10^4km)。（2）在L1點探測器所受合力為零，動能(E_k=\frac{1}{2}mv2=5×10^5mJ)。地月引力勢能(E_p=-G\frac{M_地m}{r-x}-G\frac{M_月m}{x})，因L1點為引力勢能極小值點，探測器需克服勢能差才能到達月球，而現(xiàn)有動能不足，故不能到達。11.空間站機械臂的電磁制動（24分）天宮空間站機械臂末端有電磁制動裝置，其簡化模型如圖：兩平行金屬板間距d=0.2m，板長L=0.5m，勻強磁場垂直紙面向里，磁感應強度B=0.5T。當通有電流I=10A的導體棒（質(zhì)量m=0.1kg，電阻R=0.1Ω）進入磁場時，恰好勻速穿過。（1）求導體棒運動速度v；（2）若棒進入磁場時速度v?=2m/s，求穿過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱；（3）若僅增大磁場B，分析棒的運動狀態(tài)變化。解析：（1）勻速時安培力與摩擦力平衡：(F_安=BIL=μmg)，又(F_安=BIL=B\frac{BLv}{R}L=\frac{B2L2v}{R})，解得(v=0.4m/s)。（2）由動量定理(mv?-mv=B\overline{I}LΔt)，且(\overline{I}Δt=q=\frac{ΔΦ}{R}=\frac{BLd}{R})，聯(lián)立得(v=1m/s)，焦耳熱(Q=\frac{1}{2}mv?2-\frac{1}{2}mv2=0.15J)。（3）增大B會使安培力增大，棒做減速運動，最終可能靜止或勻速。四、選考題（10分，任選一題作答）12A.相對論效應在深空探測中的應用某探測器以0.6c的速度遠離地球，向地球發(fā)出頻率為ν的光信號，則地球接收的頻率ν'=（用ν表示，c為光速）。若探測器質(zhì)量為m，其動能(E_k)(\frac{1}{2}mv2)（選填“大于”“小于”或“等于”）。答案：由多普勒效應公式(ν'=ν\sqrt{\frac{c-v}{c+v}}=0.5ν)；相對論動能(E_k=mc2(\frac{1}{\sqrt{1-v2/c2}}-1)>\frac{1}{2}mv2)。12B.太空艙內(nèi)的熱力學實驗在空間站密閉艙內(nèi)，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)A（p?=1atm，V?=2L）等溫膨脹至狀態(tài)B（V?=4L），則氣體對外做功W=__________J（保留一位小數(shù)），內(nèi)能變化ΔU=__________J。（已知1atm=1.01×10?Pa）答案：等溫過程(W=p?V?ln\frac{V?}{V?}=1.01×10?×2×10?3×