2025年完全失重试题及答案

2025年完全失重试题及答案一、单项选择题（每题4分，共24分）1.下列关于完全失重的描述中，正确的是（）A.完全失重时物体的重力消失B.绕地球做匀速圆周运动的空间站内，宇航员手中静止的水杯处于完全失重状态C.自由下落的电梯内，人对电梯地板的压力等于自身重力D.竖直上抛的篮球到达最高点时，篮球处于超重状态2.某航天器在离地面高度为h的圆轨道上运行，已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。此时航天器内一个质量为m的实验仪器（）A.受到的地球引力为mgB.向心加速度大小为gR²/(R+h)²C.对航天器地板的压力为mgR²/(R+h)²D.处于超重状态3.如图所示（注：假设图中为宇航员在空间站内将水滴悬浮后轻推，水滴做匀速直线运动），在完全失重的空间站中，下列现象不可能发生的是（）A.用弹簧测力计测量拉力大小B.用托盘天平测量物体质量C.用温度计测量液体温度D.用注射器抽取药液（无外界气压干扰）4.2024年发射的“探索者-5”号卫星在调整轨道时，需短暂开启推进器使卫星加速。加速过程中，卫星内一个质量为0.5kg的传感器（）A.一定处于完全失重状态B.对卫星舱壁的压力等于其受到的推力C.若推进器产生的加速度为a（a>g），则传感器处于超重状态D.所受合力方向与卫星运动方向相反5.完全失重环境下，液体的表面张力现象会更显著。若在空间站中向透明容器内注入少量水，水的形状最可能是（）A.平铺在容器底部的薄水层B.附着在容器壁上的不规则形状C.近似球形的液滴悬浮在容器中D.沿容器壁向上爬升的柱状结构6.假设未来人类在火星轨道建立空间站（火星质量约为地球的0.11倍，半径约为地球的0.53倍），则该空间站内完全失重的条件是（）A.空间站绕火星做匀速圆周运动，向心加速度等于火星表面重力加速度B.空间站静止在火星同步轨道上C.空间站内所有物体的加速度方向竖直向下D.空间站内物体所受火星引力完全用于提供向心力二、多项选择题（每题5分，共15分，漏选得2分，错选得0分）7.关于完全失重与超重的区分，下列说法正确的有（）A.完全失重时物体的加速度方向一定竖直向下且大小等于当地重力加速度B.超重时物体的视重大于实际重力，可能是因为物体加速上升或减速下降C.绕地球做椭圆轨道运动的卫星，在近地点时可能处于超重状态D.自由下落的雨滴（忽略空气阻力）处于完全失重状态8.某实验小组在地面模拟完全失重环境（通过自由下落的电梯实现），下列可在电梯内完成的实验有（）A.验证牛顿第一定律：推动小球后观察其是否做匀速直线运动（忽略空气阻力）B.测量弹簧的劲度系数：用弹簧悬挂砝码，记录形变量C.研究液体扩散现象：将两种不同颜色的液体注入同一容器，观察混合过程D.探究单摆周期与摆长的关系：用细线悬挂小球做小角度摆动9.2025年“天宫-4”空间站开展“微重力流体实验”，实验员将密度不同的两种液体（均无挥发性）注入球形容器中。在完全失重环境下，可能出现的现象有（）A.两种液体因密度差异分层，密度大的液体位于外层B.两种液体均匀混合，无分层现象C.液体表面形成规则的球形界面D.液体在容器内随机分布，无固定形状三、填空题（每空3分，共21分）10.完全失重的本质是物体的________完全用于提供加速度，此时物体对支持面的压力或对悬挂物的拉力（即________）为零。11.已知地球质量为M，引力常量为G，某卫星在离地面高度为h的圆轨道上做匀速圆周运动，卫星内一个质量为m的物体处于完全失重状态，其向心加速度大小为________（用M、G、R、h表示，R为地球半径）；若卫星突然加速进入更高轨道，加速瞬间物体对卫星舱壁的压力方向与加速度方向________（选填“相同”或“相反”）。12.在完全失重的空间站中，宇航员欲测量一个未知质量的物体，可采用的方法是：用已知劲度系数的弹簧水平拉动该物体，使其产生加速度a，测量弹簧的形变量x，则物体质量m=________（用k、x、a表示）；若改用天平测量，结果会________（选填“准确”或“不准确”）。13.某航天器从地面发射升空，加速过程中加速度大小为2g（g为地面重力加速度），此时宇航员对座椅的压力为其体重的________倍；当航天器进入预定轨道做匀速圆周运动时，宇航员处于________状态（选填“超重”“失重”或“完全失重”）。四、实验题（14分）14.为了在地面模拟完全失重环境并验证动量守恒定律，某实验小组设计了如下实验：将两个质量分别为m₁、m₂的滑块放在水平气垫导轨上（可视为光滑），用细线连接并压缩中间的轻弹簧。烧断细线后，弹簧推动两滑块分离，分别通过两个光电门，记录遮光时间t₁、t₂（滑块上遮光片宽度均为d）。（1）实验中“模拟完全失重”的关键是________（选填“消除重力影响”或“使滑块加速度等于g”）；气垫导轨的作用是________。（2）若实验成功，应满足的关系式为________（用m₁、m₂、d、t₁、t₂表示）。（3）若实际操作中导轨存在微小摩擦，会导致m₁v₁+m₂v₂的绝对值________（选填“大于”“等于”或“小于”）0，原因是________。五、计算题（共46分）15.（12分）2025年我国将发射“嫦娥-7”探测器开展月面采样返回任务。探测器从月球轨道返回地球时，需经历“自由下落段”（忽略空气阻力）。已知月球表面重力加速度约为1.6m/s²，探测器质量为2×10³kg，返回舱在月轨高度h=100km处开始自由下落（月轨半径R月=1737km）。（1）求返回舱在自由下落初始时刻的加速度大小（月球质量M月=7.35×10²²kg，引力常量G=6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²，结果保留两位有效数字）。（2）若返回舱进入地球大气层前需调整为匀速直线运动（此时仍处于完全失重状态），判断此说法是否合理并说明理由。16.（16分）“天和”核心舱在400km高度的圆轨道上运行（地球半径R=6400km，地面重力加速度g=9.8m/s²）。（1）求核心舱的运行速度v（结果保留三位有效数字）。（2）舱内有一个质量为5kg的实验箱，求其受到的地球引力F（结果保留两位有效数字）。（3）若实验箱被宇航员水平推出（速度远小于核心舱运行速度），判断其后续运动状态并说明原因。17.（18分）某同学设计了一个在完全失重环境下测量未知液体密度的实验：将一个体积为V、质量为m的空心金属球放入液体中，用推力F推动金属球使其以加速度a做匀加速直线运动（液体静止，忽略粘滞阻力）。（1）推导液体密度ρ的表达式（用F、m、a、V表示）。（2）若实际中液体存在粘滞阻力f（与速度成正比），且金属球最终做匀速运动，此时推力F'=kv（k为比例系数），求匀速时金属球的速度v（用F'、k表示）。（3）若实验中误将“完全失重”环境当作“重力场”环境，仍用传统方法（通过测量浮力）计算密度，会导致结果________（选填“偏大”“偏小”或“不变”），原因是________。答案及解析一、单项选择题1.B解析：完全失重时重力仍存在（A错）；空间站绕地球做圆周运动时，万有引力完全提供向心力，内部物体加速度等于轨道处重力加速度，处于完全失重（B对）；自由下落电梯内，人加速度为g，对地板压力为0（C错）；竖直上抛最高点速度为0，但加速度为g向下，处于完全失重（D错）。2.B解析：航天器轨道处重力加速度g'=GM/(R+h)²=gR²/(R+h)²（由GM=gR²推导），实验仪器向心加速度等于g'（B对）；地球引力为mg'（A错）；完全失重时压力为0（C错）；处于完全失重（D错）。3.B解析：弹簧测力计测拉力与重力无关（A可能）；托盘天平利用重力力矩平衡，失重时无法使用（B不可能）；温度计测温度与重力无关（C可能）；注射器抽药液靠活塞拉力，无气压时仍可行（D可能）。4.C解析：加速时若加速度方向与重力方向相同（如向下加速），可能超重或失重，取决于加速度大小（A错）；传感器受推力和舱壁支持力，合力产生加速度，压力不等于推力（B错）；加速度a>g时，视重大于重力，超重（C对）；加速时合力方向与运动方向相同（D错）。5.C解析：完全失重时液体表面张力主导，表面能最小的形状为球形（C正确）。6.D解析：完全失重条件是引力完全提供向心力（D对）；向心加速度等于轨道处重力加速度，非表面重力加速度（A错）；静止轨道无向心加速度，不满足（B错）；加速度方向指向火星中心（C错）。二、多项选择题7.ABD解析：椭圆轨道近地点卫星加速，加速度指向地心，仍为完全失重（C错）；其余选项均正确。8.AC解析：自由下落电梯内，物体加速度为g，处于完全失重。牛顿第一定律可通过观察匀速运动验证（A可行）；弹簧悬挂砝码时，砝码失重，弹簧无形变（B不可行）；液体扩散与重力无关（C可行）；单摆无回复力，无法摆动（D不可行）。9.BC解析：完全失重时无重力分层，液体因表面张力形成规则界面（BC正确）。三、填空题10.重力；视重11.GM/(R+h)²；相同（加速时舱壁对物体有推力，压力方向与加速度同向）12.kx/a；不准确（天平依赖重力力矩平衡）13.3（压力F=m(g+a)=3mg）；完全失重四、实验题14.（1）消除重力影响；减小摩擦（2）m₁d/t₁+m₂d/t₂=0（动量守恒，方向相反）（3）小于；摩擦力做负功，系统动量减小五、计算题15.（1）由万有引力定律，a=GM月/(R月+h)²=6.67×10⁻¹¹×7.35×10²²/(1.737×10⁶+0.1×10⁶)²≈1.5m/s²（2）不合理，完全失重时物体加速度等于重力加速度，匀速直线运动需合力为零，与完全失重矛盾。16.（1）由GMm/(R+h)²=mv²/(R+h)，且GM=gR²，得v=√[gR²/(R+h)]=√[9.8×(6.4×10⁶)²/(6.8×10⁶)]≈7.67×10