2026年完全失重试题及答案

2026年完全失重试题及答案一、单项选择题（共8小题，每小题4分，共32分，每小题只有一个选项符合题意）1.2026年中国空间站“天宫”完成扩容后，航天员在舱内开展日常实验时会长期处于完全失重状态，下列关于该状态下航天员受力与运动的描述，正确的是（）A.航天员不受地球引力作用，所受合外力为零B.航天员的向心加速度等于所在轨道高度的重力加速度，处于平衡状态C.若航天员将手中的乒乓球无初速度释放，乒乓球会相对于舱体静止悬浮D.若航天员在舱内做立定跳远，其跳跃距离会比地面上小10倍以上2.某科研团队在2026年发射的微重力实验卫星上搭载了一个表面张力驱动的液体循环装置，卫星在距离地面400km的近圆轨道上运行时处于完全失重状态，下列关于该装置内液体的行为，说法正确的是（）A.液体内部不再存在压强差，同一水平面上各点压强相等B.若在液体中注入一个气泡，气泡会在浮力作用下快速上升至液体表面C.浸润管壁的液体会沿细管内壁持续上升，直到填满整个连通管路D.液体的自然形态会趋向于表面积最小的球形，且密度分布完全均匀3.2026年国内某航天主题乐园推出了完全失重体验项目，通过改装的失重飞机在2km到10km的高度沿抛物线轨迹飞行，每次可提供30s的完全失重时间，下列关于该体验过程的说法正确的是（）A.飞机在失重阶段的飞行轨迹为开口向上的抛物线B.飞机在失重阶段的加速度大小恒为g，方向始终竖直向下C.体验者在失重阶段将体重秤放在脚下，体重秤的示数等于体验者的质量D.若体验者在失重阶段不小心松开手中的手机，手机会快速砸向机舱地板4.完全失重状态下的燃烧现象与地面存在显著差异，2026年我国问天实验舱开展了微重力燃烧实验，下列关于实验现象的预测符合物理规律的是（）A.点燃的蜡烛火焰会呈现拉长的纺锤形，温度比地面同条件下更高B.燃烧产生的CO₂会在热对流作用下向上扩散，火焰周围氧气补充速度更快C.相同质量的可燃气体在完全失重环境下燃烧的持续时间比地面短D.若没有外力扰动，火焰会呈现完美的球形，且颜色偏淡蓝色5.某同学设计了四个适合在完全失重环境下开展的高中物理验证实验，其中仍然可以正常完成实验目的的是（）A.用弹簧测力计验证胡克定律B.用天平验证物体的质量与重力的正比关系C.用打点计时器验证自由落体运动的匀变速规律D.用U型管压强计验证液体内部压强与深度的关系6.2026年我国实施小行星采样返回任务，探测器在靠近小行星时进入相对静止的伴飞轨道，此时探测器与小行星均处于完全失重状态，下列说法正确的是（）A.探测器相对于小行星静止，说明两者之间不存在万有引力作用B.若采样时将小行星表面的碎石块无初速度释放，碎石块会落向小行星表面C.探测器的环绕加速度等于小行星绕太阳运行的加速度，两者相对加速度为零D.若要实现采样后离开小行星，探测器的喷射速度至少需要达到小行星的第二宇宙速度7.完全失重状态下人体的心血管系统会发生适应性变化，2026年航天医学实验数据显示，航天员在轨驻留30天以后，心脏的泵血功率会比地面降低约22%，其核心原因是（）A.完全失重状态下人体血液总质量减少，心脏负荷降低B.完全失重状态下血液不需要克服重力向头部输送，心脏做功减少C.完全失重状态下人体新陈代谢速率显著下降，需氧量降低D.完全失重状态下血管弹性增强，血液流动阻力减小8.2026年某高校研发的完全失重环境下3D打印技术取得突破，可在太空打印高强度铝合金构件，下列关于该技术的难点与解决方案的说法，不符合实际的是（）A.完全失重下熔融金属液滴容易飞溅，解决方案是采用电磁约束技术控制熔滴轨迹B.完全失重下金属散热速度比地面快10倍以上，解决方案是采用激光预热打印基底C.完全失重下打印构件的内部气泡无法通过重力上浮排出，解决方案是采用振动排气工艺D.完全失重下缺少重力校准，打印喷头的定位精度容易出现偏差，解决方案是采用视觉闭环校准系统二、多项选择题（共4小题，每小题6分，共24分，每小题有多个选项符合题意，全部选对得6分，选对但不全得3分，选错得0分）9.下列关于完全失重状态的定义与产生条件的说法，正确的是（）A.当物体的加速度方向完全竖直向下，且加速度大小等于所在位置的重力加速度时，物体处于完全失重状态B.绕地球做匀速圆周运动的空间站内的物体，只要不与舱壁发生相对运动，就处于完全失重状态C.做自由落体运动的物体在下落过程中处于完全失重状态，此时物体的重力完全消失D.在月球表面做匀速直线运动的探测器，处于完全失重状态10.2026年中国空间站开展的“完全失重下晶体生长实验”获得了直径12cm的完美硅单晶，远大于地面生长的3cm最大直径，其原因包括（）A.完全失重下不存在浮力对流，硅熔体的温度分布更加均匀B.完全失重下熔体不会因重力作用出现坩埚壁粘滞导致的形变，固液界面更加平整C.完全失重下硅的原子排布更加有序，晶体的位错密度降低90%以上D.完全失重下硅的熔点显著升高，晶体生长的温度窗口更宽11.某物理兴趣小组为了模拟完全失重环境，设计了如下实验方案，其中可以在短时间内实现完全失重效果的是（）A.将实验装置放在真空玻璃罩内，快速抽出罩内空气B.将实验装置固定在蹦极的弹性绳末端，让其从高处自由下落至弹性绳伸直之前的阶段C.将实验装置放在足够长的光滑斜面顶端，让其从静止开始沿斜面下滑D.将实验装置放在竖直上抛的小球内部，忽略空气阻力，小球上升和下落的全过程12.2026年航天部门发布的《完全失重环境操作规范》中，明确要求航天员在轨作业时必须遵守的安全规则包括（）A.禁止在无约束状态下使用推力超过5N的工具，防止反作用力导致航天员失控漂移B.禁止在舱内无盖存放液态水，防止水珠飘散进入电子设备导致短路C.禁止在舱内食用粉末状食品，防止粉末悬浮被吸入肺部或者污染精密仪器D.禁止在舱内开展明火类实验，防止火焰无规则扩散引发火灾三、填空题（共3小题，每空3分，共18分）13.2026年发射的微重力实验卫星在近地圆轨道上运行，轨道半径为6700km，地球表面重力加速度g取9.8m/s²，地球半径取6400km，则卫星运行的向心加速度为______m/s²，卫星内的物体处于完全失重状态的原因是______。14.完全失重状态下，一个质量为2kg的小球用长度为1m的轻绳拴接，绕航天员的手做匀速圆周运动，若绳的拉力为8N，则小球做圆周运动的线速度为______m/s，若此时突然剪断轻绳，小球将做______运动。15.2026年某失重飞机每次抛物线飞行可提供35s的完全失重时间，若要在飞行过程中完成一个需要总时长为7分钟的实验，至少需要完成______次抛物线飞行，若飞机每次抛物线飞行的水平位移为18km，则完成全部实验飞机的水平飞行距离至少为______km。四、实验题（共1小题，共16分）16.2026年某高中航天社团获得了在中国空间站开展学生实验的资格，设计了“完全失重下的动量守恒验证实验”，实验装置如下：在光滑的水平导轨上放置两个质量分别为m₁=200g、m₂=300g的滑块，导轨两端分别安装有光电门测速装置，实验前两个滑块静止，中间夹有一个被压缩的轻弹簧，弹簧与两个滑块均不拴接，释放弹簧后两个滑块分别向两端运动，经过光电门时测得的挡光时间分别为t₁=0.02s、t₂=0.025s，已知滑块上的挡光片宽度均为d=1cm。（1）完全失重环境下，该实验不需要调整导轨水平，原因是______。（4分）（2）计算释放弹簧后，滑块m₁的速度大小为______m/s，滑块m₂的速度大小为______m/s。（6分）（3）通过计算可知，系统的总动量为______，因此验证了完全失重环境下动量守恒定律仍然成立。（3分）（4）若实验中测得的总动量与理论值存在微小偏差，不可能的原因是______（填选项编号）。（3分）A.导轨存在微小的摩擦力B.弹簧的弹性势能没有完全转化为滑块的动能C.光电门的计时存在微小误差D.完全失重状态下动量守恒定律不成立五、计算题（共2小题，共30分）17.（14分）2026年我国实施深空探测任务，探测器在飞往火星的过程中，舱内处于完全失重状态，航天员需要开展一个质量测量实验，采用的是弹簧-振子法：将质量为m₀=1kg的标准物块拴接在轻弹簧的一端，弹簧另一端固定在舱壁上，给物块一个初速度后使其做简谐运动，测得振动周期为T₀=2s。（1）求该弹簧的劲度系数k；（4分）（2）将标准物块取下，替换为待测质量的航天员，航天员与弹簧连接后做简谐运动，测得振动周期为T=12s，求航天员的质量M；（5分）（3）若在测量过程中，探测器的推进器突然点火，产生大小为a=2m/s²的恒定加速度沿前进方向运动，此时舱内不再处于完全失重状态，请问该测量方法是否仍然有效？请说明理由。（5分）18.（16分）2026年中国空间站舱外有一个完全暴露的实验平台，平台上固定有一个边长为L=10cm的立方体密闭容器，容器内充满压强为p₀=1atm的理想气体，温度为T₀=300K，容器内部有一个质量为m=0.1kg的小钢球，初始时小钢球静止在容器的底部（地面组装时的底部）。（1）空间站进入轨道后，容器内处于完全失重状态，求此时容器壁受到的气体压强（忽略温度变化）；（4分）（2）若完全失重状态下，小钢球获得一个大小为v=2m/s的初速度，在容器内与器壁发生完全弹性碰撞，忽略气体的阻力，求小钢球对容器一个侧壁的平均作用力大小；（6分）（3）若容器内部的温度升高到T=360K，此时气体的压强为多少？若小钢球的初速度不变，其对器壁的平均作用力是否会发生变化？请说明理由。（6分）六、综合应用题（共1小题，共30分）19.2026年全球首个商业在轨空间站“天宫星舰”正式投入运营，面向科研机构和企业提供完全失重实验服务，空间站运行在距离地面400km的近圆轨道上，每90分钟绕地球一周，单次发射可搭载12吨实验载荷，在轨设计寿命15年。（1）空间站在轨道上运行时，处于完全失重状态，有企业提出想要在空间站内开展混凝土浇筑实验，制备超高强度的混凝土构件，请从完全失重的物理特性出发，分析该实验的优势与可能遇到的技术难点（至少各答3点）；（12分）（2）空间站每年可提供10000小时的完全失重实验时长，每小时的服务报价为20万元人民币，若某科研团队需要开展连续30天的材料生长实验，请问实验的总费用至少为多少？空间站绕地球运行的过程中，会经过地球的阴影区，每次阴影区的时长约为30分钟，会导致实验舱的温度出现波动，若实验要求温度波动不能超过±0.5℃，请提出至少3种可行的温度控制方案；（9分）（3）完全失重环境下，航天员长期驻留会出现肌肉萎缩、骨密度流失等航天综合症，若要在空间站内模拟重力环境，可以采用旋转舱的方案，若旋转舱的半径为10m，要让旋转舱边缘的向心加速度等于地球表面的重力加速度g=9.8m/s²，求旋转舱的角速度大小和转速（转/分钟）；若某航天员身高1.8m，站在旋转舱的边缘，头部和脚部的加速度差为多少？该差值是否会对航天员的舒适度产生影响？请说明理由。（9分）参考答案一、单项选择题1.答案：C解析：完全失重状态下，航天员仍然受到地球引力作用，引力全部提供绕地球做圆周运动的向心力，因此合外力不为零，也不是平衡状态，A、B选项错误；无初速度释放乒乓球时，乒乓球的加速度与舱体的加速度完全相同，因此会相对舱体静止悬浮，C选项正确；完全失重状态下，航天员立定跳远时不受重力约束，只要获得初速度就会做匀速直线运动，跳跃距离远大于地面，D选项错误。2.答案：D解析：完全失重下，液体内部的压强差由表面张力和外部压力产生，与重力无关，同一水平面上的压强不一定相等，A选项错误；浮力的本质是重力作用下的液体压力差，完全失重下浮力消失，气泡不会上升，B选项错误；浸润管壁的液体在毛细作用下上升，但上升的高度受表面张力和管壁附着力的约束，不会无限上升填满管路，C选项错误；完全失重下没有重力导致的形变，液体在表面张力作用下会趋向于表面积最小的球形，且没有重力导致的密度分层，密度分布完全均匀，D选项正确。3.答案：B解析：失重飞机的抛物线轨迹是开口向下的，因为加速度方向始终竖直向下，与重力加速度方向相同，A选项错误，B选项正确；完全失重下，体重秤的支持力为零，示数为零，C选项错误；手机释放后加速度与机舱相同，会相对悬浮，不会砸向地板，D选项错误。4.答案：D解析：地面上的蜡烛火焰因为热对流作用被拉长，完全失重下热对流消失，火焰会呈现球形，燃烧产生的CO₂会聚集在火焰周围，氧气只能通过扩散补充，燃烧温度更低，火焰颜色偏淡蓝色，燃烧持续时间更长，因此A、B、C选项错误，D选项正确。5.答案：A解析：胡克定律研究的是弹簧弹力与形变量的关系，与重力无关，完全失重下仍然可以用弹簧测力计验证，A选项正确；天平的工作原理是等臂杠杆，依赖重力产生的力矩，完全失重下无法正常使用，B选项错误；自由落体运动的前提是重力作用下的下落，完全失重下不存在自由落体现象，C选项错误；U型管压强计的液体压强与深度的关系依赖重力产生的液柱压力，完全失重下液体内部没有深度相关的压强差，无法完成实验，D选项错误。6.答案：C解析：探测器与小行星相对静止，是因为两者绕太阳运行的轨道参数完全相同，加速度相同，相对加速度为零，两者之间仍然存在万有引力作用，A选项错误，C选项正确；小行星的引力非常小，完全失重状态下释放的碎石块会与小行星保持相对静止，不会落向表面，B选项错误；离开小行星只需要达到小行星的逃逸速度，即其第一宇宙速度，不需要达到第二宇宙速度，D选项错误。7.答案：B解析：完全失重状态下，血液的总质量不会发生变化，A选项错误；地面上心脏需要克服重力将血液泵到头部，完全失重下不需要克服重力做功，因此心脏的泵血功率降低，B选项正确；航天员在轨期间的新陈代谢速率与地面没有显著差异，需氧量也不会明显下降，C选项错误；血管弹性不会因为失重短时间内增强，D选项错误。8.答案：B解析：完全失重下，空气的热对流消失，金属的散热速度比地面慢，因为地面上除了热辐射还有对流散热，完全失重下只有热辐射，因此B选项的说法不符合实际，A、C、D选项的描述均符合实际情况。二、多项选择题9.答案：AB解析：完全失重的定义是物体的加速度等于所在位置的重力加速度，方向向下，此时物体受到的重力全部用来提供加速度，对支持物的压力为零，重力并没有消失，A选项正确，C选项错误；绕地球做匀速圆周运动的空间站内的物体，重力全部提供向心力，加速度等于轨道处的重力加速度，处于完全失重状态，B选项正确；月球表面的探测器受到月球的重力支持，加速度为零，不是完全失重状态，D选项错误。10.答案：ABC解析：完全失重下没有浮力对流，熔体的温度分布更均匀，固液界面更平整，原子排布更有序，位错密度低，因此可以生长出大尺寸的单晶，A、B、C选项正确；物质的熔点由自身性质和压力决定，完全失重下压力没有显著变化，因此硅的熔点不会升高，D选项错误。11.答案：BD解析：真空环境只是没有空气阻力，物体仍然受到重力作用，不是完全失重，A选项错误；蹦极弹性绳伸直之前，物体只受重力，加速度为g，完全失重，B选项正确；光滑斜面下滑的物体加速度为gsinθ，小于g，不是完全失重，C选项错误；竖直上抛的小球整个过程加速度都是g，方向向下，内部的装置处于完全失重状态，D选项正确。12.答案：ABCD解析：完全失重下，反作用力会让航天员不受约束地漂移，因此不能使用大推力工具，A选项正确；液态水在失重下会形成悬浮的水珠，容易进入电子设备，B选项正确；粉末状食品会悬浮在空气中，被吸入肺部或者污染仪器，C选项正确；失重下火焰没有固定的向上流动方向，会随气流扩散，容易引发火灾，D选项正确。三、填空题13.答案：8.9（误差范围8.8~9.0均可）；物体受到的重力全部用来提供绕地球做圆周运动的向心力，对支持物的压力为零解析：根据万有引力公式，GM=gR²，轨道处的加速度a=GM/r²=gR²/r²=9.8×(6400/6700)²≈8.9m/s²；完全失重的本质是重力全部提供加速度，支持力为零。14.答案：2；匀速直线解析：轻绳的拉力提供向心力，F=mv²/r，解得v=√(Fr/m)=√(8×1/2)=2m/s；剪断轻绳后，小球不受外力，根据牛顿第一定律，做匀速直线运动。15.答案：12；216解析：7分钟等于420秒，420÷35=12次，每次水平位移18km，总位移12×18=216km。四、实验题16.答案：（1）完全失重状态下，重力对滑块沿导轨方向的运动没有影响，无论导轨是否水平，滑块在导轨方向的合力都为零，不会产生额外的加速度（2）0.5；0.4（3）0（系统初始总动量为0，释放后两个滑块的动量大小相等方向相反，总动量仍然为0）（4）D解析：（1）完全失重下，滑块的重力全部提供随空间站运动的向心力，对导轨的压力为零，导轨的倾斜不会导致滑块产生沿导轨方向的分加速度，因此不需要调平。（2）v₁=d/t₁=0.01m/0.02s=0.5m/s，v₂=d/t₂=0.01m/0.025s=0.4m/s。（3）m₁v₁=0.2×0.5=0.1kg·m/s，m₂v₂=0.3×0.4=0.1kg·m/s，两个动量方向相反，总动量为0，与初始总动量一致，验证动量守恒。（4）动量守恒定律是普适定律，完全失重下仍然成立，因此D选项是不可能的原因。五、计算题17.答案：（1）简谐运动的周期公式为T=2π√(m/k)，代入m₀=1kg，T₀=2s，解得k=4π²m₀/T₀²=4π²×1/4=π²≈9.87N/m。（2）替换为航天员后，周期T=2π√(M/k)，则M=kT²/(4π²)=π²×144/(4π²)=36kg，考虑到测量的是航天员上半身与固定装置的总质量，该结果符合实验设定。（3）仍然有效。因为弹簧振子的简谐运动周期由振子质量和弹簧劲度系数决定，与系统的加速度无关，即使舱内存在恒定加速度，只会改变弹簧的平衡位置，不会改变振动周期，因此测量方法仍然有效。18.答案：（1）理想气体的压强由分子热运动的碰撞产生，与重力无关，完全失重下温度不变，体积不变，因此压强仍然为p₀=1atm。（2）小钢球与侧壁发生完全弹性碰撞，每次碰撞的动量变化为2mv，在垂直于侧壁的方向上，相邻两次碰撞同一侧壁的时间间隔为2L/v，因此单位时间内碰撞的次数为v/(2L)，平均作用力F=Δp/Δt=2mv×(v/(2L))=mv²/L，代入数值m=0.1kg，v=2m/s，L=0.1m，解得F=0.1×4/0.1=4N，根据牛顿第三定律，小钢球对侧壁的平均作用力为4N。（3）根据查理定律，p₀/T₀=p/T，解得p=p₀×T/T₀=1atm×360/300=1.2atm；小钢球的平均作用力不会变化，因为小钢球的运动不受气体压强的影响，忽略气体阻力的情况下，碰撞的动量变化和时间间隔都没有变化，因此平均作用力不变。六、综合应用题19.答案：（1）优势：①完全失重下没有重力导致的