2025年完全失重試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題4分，共24分）1.下列關(guān)于完全失重的描述中，正確的是（）A.完全失重時物體的重力消失B.繞地球做勻速圓周運(yùn)動的空間站內(nèi)，宇航員手中靜止的水杯處于完全失重狀態(tài)C.自由下落的電梯內(nèi)，人對電梯地板的壓力等于自身重力D.豎直上拋的籃球到達(dá)最高點(diǎn)時，籃球處于超重狀態(tài)2.某航天器在離地面高度為h的圓軌道上運(yùn)行，已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g。此時航天器內(nèi)一個質(zhì)量為m的實(shí)驗(yàn)儀器（）A.受到的地球引力為mgB.向心加速度大小為gR2/(R+h)2C.對航天器地板的壓力為mgR2/(R+h)2D.處于超重狀態(tài)3.如圖所示（注：假設(shè)圖中為宇航員在空間站內(nèi)將水滴懸浮后輕推，水滴做勻速直線運(yùn)動），在完全失重的空間站中，下列現(xiàn)象不可能發(fā)生的是（）A.用彈簧測力計(jì)測量拉力大小B.用托盤天平測量物體質(zhì)量C.用溫度計(jì)測量液體溫度D.用注射器抽取藥液（無外界氣壓干擾）4.2024年發(fā)射的“探索者-5”號衛(wèi)星在調(diào)整軌道時，需短暫開啟推進(jìn)器使衛(wèi)星加速。加速過程中，衛(wèi)星內(nèi)一個質(zhì)量為0.5kg的傳感器（）A.一定處于完全失重狀態(tài)B.對衛(wèi)星艙壁的壓力等于其受到的推力C.若推進(jìn)器產(chǎn)生的加速度為a（a>g），則傳感器處于超重狀態(tài)D.所受合力方向與衛(wèi)星運(yùn)動方向相反5.完全失重環(huán)境下，液體的表面張力現(xiàn)象會更顯著。若在空間站中向透明容器內(nèi)注入少量水，水的形狀最可能是（）A.平鋪在容器底部的薄水層B.附著在容器壁上的不規(guī)則形狀C.近似球形的液滴懸浮在容器中D.沿容器壁向上爬升的柱狀結(jié)構(gòu)6.假設(shè)未來人類在火星軌道建立空間站（火星質(zhì)量約為地球的0.11倍，半徑約為地球的0.53倍），則該空間站內(nèi)完全失重的條件是（）A.空間站繞火星做勻速圓周運(yùn)動，向心加速度等于火星表面重力加速度B.空間站靜止在火星同步軌道上C.空間站內(nèi)所有物體的加速度方向豎直向下D.空間站內(nèi)物體所受火星引力完全用于提供向心力二、多項(xiàng)選擇題（每題5分，共15分，漏選得2分，錯選得0分）7.關(guān)于完全失重與超重的區(qū)分，下列說法正確的有（）A.完全失重時物體的加速度方向一定豎直向下且大小等于當(dāng)?shù)刂亓铀俣菳.超重時物體的視重大于實(shí)際重力，可能是因?yàn)槲矬w加速上升或減速下降C.繞地球做橢圓軌道運(yùn)動的衛(wèi)星，在近地點(diǎn)時可能處于超重狀態(tài)D.自由下落的雨滴（忽略空氣阻力）處于完全失重狀態(tài)8.某實(shí)驗(yàn)小組在地面模擬完全失重環(huán)境（通過自由下落的電梯實(shí)現(xiàn)），下列可在電梯內(nèi)完成的實(shí)驗(yàn)有（）A.驗(yàn)證牛頓第一定律：推動小球后觀察其是否做勻速直線運(yùn)動（忽略空氣阻力）B.測量彈簧的勁度系數(shù)：用彈簧懸掛砝碼，記錄形變量C.研究液體擴(kuò)散現(xiàn)象：將兩種不同顏色的液體注入同一容器，觀察混合過程D.探究單擺周期與擺長的關(guān)系：用細(xì)線懸掛小球做小角度擺動9.2025年“天宮-4”空間站開展“微重力流體實(shí)驗(yàn)”，實(shí)驗(yàn)員將密度不同的兩種液體（均無揮發(fā)性）注入球形容器中。在完全失重環(huán)境下，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象有（）A.兩種液體因密度差異分層，密度大的液體位于外層B.兩種液體均勻混合，無分層現(xiàn)象C.液體表面形成規(guī)則的球形界面D.液體在容器內(nèi)隨機(jī)分布，無固定形狀三、填空題（每空3分，共21分）10.完全失重的本質(zhì)是物體的________完全用于提供加速度，此時物體對支持面的壓力或?qū)覓煳锏睦Γ確_______）為零。11.已知地球質(zhì)量為M，引力常量為G，某衛(wèi)星在離地面高度為h的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動，衛(wèi)星內(nèi)一個質(zhì)量為m的物體處于完全失重狀態(tài)，其向心加速度大小為________（用M、G、R、h表示，R為地球半徑）；若衛(wèi)星突然加速進(jìn)入更高軌道，加速瞬間物體對衛(wèi)星艙壁的壓力方向與加速度方向________（選填“相同”或“相反”）。12.在完全失重的空間站中，宇航員欲測量一個未知質(zhì)量的物體，可采用的方法是：用已知勁度系數(shù)的彈簧水平拉動該物體，使其產(chǎn)生加速度a，測量彈簧的形變量x，則物體質(zhì)量m=________（用k、x、a表示）；若改用天平測量，結(jié)果會________（選填“準(zhǔn)確”或“不準(zhǔn)確”）。13.某航天器從地面發(fā)射升空，加速過程中加速度大小為2g（g為地面重力加速度），此時宇航員對座椅的壓力為其體重的________倍；當(dāng)航天器進(jìn)入預(yù)定軌道做勻速圓周運(yùn)動時，宇航員處于________狀態(tài)（選填“超重”“失重”或“完全失重”）。四、實(shí)驗(yàn)題（14分）14.為了在地面模擬完全失重環(huán)境并驗(yàn)證動量守恒定律，某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：將兩個質(zhì)量分別為m?、m?的滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上（可視為光滑），用細(xì)線連接并壓縮中間的輕彈簧。燒斷細(xì)線后，彈簧推動兩滑塊分離，分別通過兩個光電門，記錄遮光時間t?、t?（滑塊上遮光片寬度均為d）。（1）實(shí)驗(yàn)中“模擬完全失重”的關(guān)鍵是________（選填“消除重力影響”或“使滑塊加速度等于g”）；氣墊導(dǎo)軌的作用是________。（2）若實(shí)驗(yàn)成功，應(yīng)滿足的關(guān)系式為________（用m?、m?、d、t?、t?表示）。（3）若實(shí)際操作中導(dǎo)軌存在微小摩擦，會導(dǎo)致m?v?+m?v?的絕對值________（選填“大于”“等于”或“小于”）0，原因是________。五、計(jì)算題（共46分）15.（12分）2025年我國將發(fā)射“嫦娥-7”探測器開展月面采樣返回任務(wù)。探測器從月球軌道返回地球時，需經(jīng)歷“自由下落段”（忽略空氣阻力）。已知月球表面重力加速度約為1.6m/s2，探測器質(zhì)量為2×103kg，返回艙在月軌高度h=100km處開始自由下落（月軌半徑R月=1737km）。（1）求返回艙在自由下落初始時刻的加速度大?。ㄔ虑蛸|(zhì)量M月=7.35×1022kg，引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（2）若返回艙進(jìn)入地球大氣層前需調(diào)整為勻速直線運(yùn)動（此時仍處于完全失重狀態(tài)），判斷此說法是否合理并說明理由。16.（16分）“天和”核心艙在400km高度的圓軌道上運(yùn)行（地球半徑R=6400km，地面重力加速度g=9.8m/s2）。（1）求核心艙的運(yùn)行速度v（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。（2）艙內(nèi)有一個質(zhì)量為5kg的實(shí)驗(yàn)箱，求其受到的地球引力F（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（3）若實(shí)驗(yàn)箱被宇航員水平推出（速度遠(yuǎn)小于核心艙運(yùn)行速度），判斷其后續(xù)運(yùn)動狀態(tài)并說明原因。17.（18分）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個在完全失重環(huán)境下測量未知液體密度的實(shí)驗(yàn)：將一個體積為V、質(zhì)量為m的空心金屬球放入液體中，用推力F推動金屬球使其以加速度a做勻加速直線運(yùn)動（液體靜止，忽略粘滯阻力）。（1）推導(dǎo)液體密度ρ的表達(dá)式（用F、m、a、V表示）。（2）若實(shí)際中液體存在粘滯阻力f（與速度成正比），且金屬球最終做勻速運(yùn)動，此時推力F'=kv（k為比例系數(shù)），求勻速時金屬球的速度v（用F'、k表示）。（3）若實(shí)驗(yàn)中誤將“完全失重”環(huán)境當(dāng)作“重力場”環(huán)境，仍用傳統(tǒng)方法（通過測量浮力）計(jì)算密度，會導(dǎo)致結(jié)果________（選填“偏大”“偏小”或“不變”），原因是________。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B解析：完全失重時重力仍存在（A錯）；空間站繞地球做圓周運(yùn)動時，萬有引力完全提供向心力，內(nèi)部物體加速度等于軌道處重力加速度，處于完全失重（B對）；自由下落電梯內(nèi)，人加速度為g，對地板壓力為0（C錯）；豎直上拋?zhàn)罡唿c(diǎn)速度為0，但加速度為g向下，處于完全失重（D錯）。2.B解析：航天器軌道處重力加速度g'=GM/(R+h)2=gR2/(R+h)2（由GM=gR2推導(dǎo)），實(shí)驗(yàn)儀器向心加速度等于g'（B對）；地球引力為mg'（A錯）；完全失重時壓力為0（C錯）；處于完全失重（D錯）。3.B解析：彈簧測力計(jì)測拉力與重力無關(guān)（A可能）；托盤天平利用重力力矩平衡，失重時無法使用（B不可能）；溫度計(jì)測溫度與重力無關(guān)（C可能）；注射器抽藥液靠活塞拉力，無氣壓時仍可行（D可能）。4.C解析：加速時若加速度方向與重力方向相同（如向下加速），可能超重或失重，取決于加速度大?。ˋ錯）；傳感器受推力和艙壁支持力，合力產(chǎn)生加速度，壓力不等于推力（B錯）；加速度a>g時，視重大于重力，超重（C對）；加速時合力方向與運(yùn)動方向相同（D錯）。5.C解析：完全失重時液體表面張力主導(dǎo)，表面能最小的形狀為球形（C正確）。6.D解析：完全失重條件是引力完全提供向心力（D對）；向心加速度等于軌道處重力加速度，非表面重力加速度（A錯）；靜止軌道無向心加速度，不滿足（B錯）；加速度方向指向火星中心（C錯）。二、多項(xiàng)選擇題7.ABD解析：橢圓軌道近地點(diǎn)衛(wèi)星加速，加速度指向地心，仍為完全失重（C錯）；其余選項(xiàng)均正確。8.AC解析：自由下落電梯內(nèi)，物體加速度為g，處于完全失重。牛頓第一定律可通過觀察勻速運(yùn)動驗(yàn)證（A可行）；彈簧懸掛砝碼時，砝碼失重，彈簧無形變（B不可行）；液體擴(kuò)散與重力無關(guān)（C可行）；單擺無回復(fù)力，無法擺動（D不可行）。9.BC解析：完全失重時無重力分層，液體因表面張力形成規(guī)則界面（BC正確）。三、填空題10.重力；視重11.GM/(R+h)2；相同（加速時艙壁對物體有推力，壓力方向與加速度同向）12.kx/a；不準(zhǔn)確（天平依賴重力力矩平衡）13.3（壓力F=m(g+a)=3mg）；完全失重四、實(shí)驗(yàn)題14.（1）消除重力影響；減小摩擦（2）m?d/t?+m?d/t?=0（動量守恒，方向相反）（3）小于；摩擦力做負(fù)功，系統(tǒng)動量減小五、計(jì)算題15.（1）由萬有引力定律，a=GM月/(R月+h)2=6.67×10?11×7.35×1022/(1.737×10?+0.1×10?)2≈1.5m/s2（2）不合理，完全失重時物體加速度等于重力加速度，勻速直線運(yùn)動需合力為零，與完全失重矛盾。16.（1）由GMm/(R+h)2=mv2/(R+h)，且GM=gR2，得v=√[gR2/(R+h)]=√[9.8×(6.4×10?)2/(6.8×10?)]≈7.67×10