2025年高二物理下學(xué)期物理與航空航天試題一、單項選擇題（每題4分，共40分）1.參考系與質(zhì)點模型2024年11月12日—17日，第十五屆中國國際航空航天博覽會在廣東珠海舉行。裝上國產(chǎn)發(fā)動機的空軍殲-35A、殲-20兩款隱身戰(zhàn)機驚艷亮相，上午11：00~11：05殲-35A進行空中飛行表演5分鐘。下列說法正確的是（）A.11：00、11：05均為時間間隔B.分析殲-35A飛行姿勢時，可將其看作質(zhì)點C.殲-35A飛行速度越大，則其慣性越大D.在飛行表演過程中，以殲-35A為參考系，戰(zhàn)機上的飛行員是靜止的解析：時間間隔對應(yīng)時間軸上的線段，時刻對應(yīng)時間軸上的點，11：00和11：05均為時刻，A錯誤；研究飛行姿勢時需考慮戰(zhàn)機形狀，不能視為質(zhì)點，B錯誤；慣性大小僅由質(zhì)量決定，與速度無關(guān)，C錯誤；飛行員與戰(zhàn)機相對位置不變，以戰(zhàn)機為參考系時飛行員靜止，D正確。2.萬有引力與航天軌道2024年4月25日，神舟十八號飛船與天宮空間站順利對接，如圖所示，飛船與空間站對接前在各自預(yù)定的圓軌道Ⅰ、Ⅲ上運動，Ⅱ為對接轉(zhuǎn)移軌道。下列說法正確的是（）A.飛船在Ⅰ軌道運行速度小于在Ⅲ軌道上的運行速度B.飛船在三個軌道上的運行周期T?＞T?＞T?C.飛船在Ⅱ軌道上的機械能大于在Ⅰ軌道上的機械能D.飛船在三個軌道上運行時與地球連線在單位時間內(nèi)掃過的面積相等解析：由萬有引力提供向心力有(v=\sqrt{\frac{GM}{r}})，軌道半徑越小速度越大，A錯誤；根據(jù)開普勒第三定律(T^2\proptor^3)，軌道Ⅲ半徑最大則周期最長，B錯誤；飛船從低軌道進入高軌道需點火加速，機械能增加，C正確；開普勒第二定律僅適用于同一軌道，不同軌道面積速度不同，D錯誤。3.動量守恒與碰撞問題某空間站實驗艙內(nèi)，質(zhì)量為2m的實驗設(shè)備A與質(zhì)量為m的儀器B沿同一直線相向運動，速度大小分別為v和2v。碰撞后B儀器靜止，忽略艙內(nèi)空氣阻力及設(shè)備與艙壁的作用，則碰撞后A的速度大小為（）A.0B.v/2C.vD.3v/2解析：取A的運動方向為正方向，由動量守恒定律得：(2m·v-m·2v=2m·v_A+m·0)，解得(v_A=0)，A正確。4.電磁感應(yīng)與空間站供電天宮空間站的太陽能電池板采用碲化鎘薄膜材料，其發(fā)電原理基于光生伏特效應(yīng)。當(dāng)某電池板受光面積為2m2，在垂直光照下產(chǎn)生10V電壓、2A電流，已知光的能量密度為1000W/m2，則該電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為（）A.5%B.10%C.15%D.20%解析：輸出功率(P=UI=20W)，輸入光功率(P_入=1000W/m2×2m2=2000W)，效率(\eta=P/P_入=10%)，B正確。5.熱力學(xué)定律與生命保障系統(tǒng)空間站環(huán)控生保系統(tǒng)通過分子篩吸附CO?，發(fā)生反應(yīng)(CO?(g)+2LiOH(s)=Li?CO?(s)+H?O(l))。已知反應(yīng)前后氣體體積變化忽略不計，下列說法正確的是（）A.該反應(yīng)熵增B.反應(yīng)過程中系統(tǒng)內(nèi)能不變C.該反應(yīng)可自發(fā)進行，說明ΔH＜0D.吸收1molCO?時，系統(tǒng)向外界釋放的熱量等于ΔH解析：反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，熵減（ΔS＜0），A錯誤；自發(fā)反應(yīng)需滿足ΔH-TΔS＜0，因ΔS＜0則ΔH必須＜0，C正確；ΔH為恒壓反應(yīng)熱，若反應(yīng)不在恒壓條件下進行，釋放熱量不等于ΔH，D錯誤。6.振動與波的傳播“嫦娥五號”探測器著陸月球時，利用主動減震系統(tǒng)減弱沖擊。某減震彈簧的振動方程為(x=5\sin(2πt+\frac{π}{3})cm)，則下列說法正確的是（）A.振幅為10cmB.頻率為2HzC.t=0時刻相位為(\frac{π}{3})D.振動過程中最大加速度為(2π2m/s2)解析：振幅A=5cm，A錯誤；角頻率(\omega=2π)，頻率(f=\omega/(2π)=1Hz)，B錯誤；相位(\phi=2πt+\frac{π}{3})，t=0時(\phi=\frac{π}{3})，C正確；最大加速度(a=\omega2A=(2π)^2×0.05=0.2π2m/s2)，D錯誤。7.相對論效應(yīng)與深空探測我國“夸父一號”太陽探測器以0.1c（c為光速）的速度遠離地球，探測器向地球發(fā)射頻率為ν的電磁波信號。地面接收站接收到的信號頻率ν'滿足（）A.ν'＞νB.ν'＜νC.ν'=νD.無法確定解析：光源遠離觀察者時產(chǎn)生多普勒紅移，接收頻率降低，B正確。8.熱力學(xué)第一定律與推進系統(tǒng)某衛(wèi)星推進系統(tǒng)采用肼分解反應(yīng)提供動力：(N?H?(l)→N?(g)+2H?(g))，已知1mol肼完全分解釋放50kJ熱量，生成氣體可推動衛(wèi)星獲得Δv的速度增量。若衛(wèi)星質(zhì)量為500kg，忽略氣體噴射過程中的質(zhì)量變化，氣體噴射速度為3000m/s，則Δv約為（）A.10m/sB.20m/sC.30m/sD.40m/s解析：由動量定理(m·Δv=F·Δt)，能量關(guān)系(Q=\frac{1}{2}mv2)，聯(lián)立得(Δv=\sqrt{\frac{2Q}{m}}=\sqrt{\frac{2×50×10^3}{500}}≈14m/s)，最接近A選項。9.電磁振蕩與通信系統(tǒng)空間站通信系統(tǒng)使用LC振蕩電路產(chǎn)生30MHz的電磁信號，若電感線圈自感系數(shù)為1μH，則電容器電容C為（）A.(1/(4π2×9×10^{14})F)B.(1/(4π2×9×10^{8})F)C.(9×10^{14}/(4π2)F)D.(9×10^{8}/(4π2)F)解析：振蕩頻率(f=\frac{1}{2π\(zhòng)sqrt{LC}})，解得(C=\frac{1}{4π2f2L}=\frac{1}{4π2×(3×10^7)^2×10^{-6}}=\frac{1}{4π2×9×10^8}F)，B正確。10.核反應(yīng)與能源供應(yīng)某空間核反應(yīng)堆采用钚-238衰變供能，其衰變方程為(^{238}{94}Pu→^{234}{92}U+X)，已知钚核質(zhì)量為238.0495u，鈾核質(zhì)量為234.0409u，X粒子質(zhì)量為4.0026u，1u相當(dāng)于931MeV能量。則每次衰變釋放的能量約為（）A.5MeVB.10MeVC.15MeVD.20MeV解析：質(zhì)量虧損Δm=238.0495u-(234.0409u+4.0026u)=0.006u，釋放能量ΔE=0.006×931≈5.58MeV，A正確。二、多項選擇題（每題5分，共20分）11.天體運動與開普勒定律“鵲橋”中繼衛(wèi)星圍繞地月拉格朗日L2點做圓周運動，已知L2點與地球距離約4.4×10?km，與月球距離約6.5×10?km。下列說法正確的有（）A.中繼衛(wèi)星的周期與月球繞地球的周期相等B.中繼衛(wèi)星的線速度大于月球的線速度C.中繼衛(wèi)星的向心加速度大于月球的向心加速度D.地球與月球?qū)χ欣^衛(wèi)星的萬有引力大小相等解析：拉格朗日點衛(wèi)星與月球具有相同周期，A正確；由(v=2πr/T)，中繼衛(wèi)星軌道半徑更大則線速度更大，B正確；由(a=4π2r/T2)，半徑大加速度大，C正確；地球?qū)πl(wèi)星的引力大于月球的引力，D錯誤。12.電磁復(fù)合場與粒子運動某航天器離子推進器中，帶正電的氙離子在加速電場中獲得動能后，進入磁感應(yīng)強度為B的偏轉(zhuǎn)磁場，最終沿平行于極板方向射出。已知加速電壓為U，極板長度為L，間距為d，忽略重力，則氙離子的比荷q/m滿足（）A.(q/m=\frac{v?2}{2U})（v?為射出速度）B.(q/m=\frac{E}{Bv?})（E為電場強度）C.若增大U，離子在磁場中運動時間不變D.若減小B，離子軌跡半徑增大解析：加速過程有(qU=\frac{1}{2}mv?2)，A正確；偏轉(zhuǎn)時洛倫茲力與電場力平衡(qv?B=qE)，得(v?=E/B)，代入A式得(q/m=E2/(2UB2))，B錯誤；粒子在磁場中運動周期(T=2πm/qB)，與速度無關(guān)，C正確；由(r=mv?/qB)，B減小則r增大，D正確。三、實驗題（共18分）13.驗證動量守恒定律（8分）某實驗小組利用斜槽軌道模擬空間站對接過程，裝置如圖所示。A、B兩小球質(zhì)量分別為m?=0.4kg、m?=0.2kg，實驗步驟如下：①讓A球從斜槽固定點C由靜止?jié)L下，落在地面記錄紙上，找到平均落點P；②把B球靜置于軌道末端，A球仍從C點滾下，碰撞后落點分別為M、N；③用刻度尺測得各落點到O點距離：x?=20.0cm（M）、x?=50.0cm（P）、x?=80.0cm（N）。（1）本實驗驗證動量守恒的表達式為________（用m?、m?、x?、x?、x?表示）；（2）代入數(shù)據(jù)后，碰撞前總動量p?=____kg·m/s，碰撞后總動量p?=kg·m/s（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（3）實驗誤差的主要來源是。答案：（1）(m?x?=m?x?+m?x?)（2）0.4×0.5=0.20；0.4×0.2+0.2×0.8=0.24（3）斜槽末端未調(diào)水平（或空氣阻力影響）解析：平拋運動時間相同，水平位移與初速度成正比，故用x替代速度驗證動量守恒。四、計算題（共32分）14.飛船變軌與能量問題（12分）我國火星探測器在距火星表面高度h=300km的圓軌道上運行，已知火星質(zhì)量M=6.4×1023kg，半徑R=3.4×10?m，引力常量G=6.67×10?11N·m2/kg2。（1）求探測器在軌運行速度v；（2）若探測器要進入近火點a=100km、遠火點b=300km的橢圓軌道，需在原軌道上點火加速，求至少需要增加的機械能ΔE。解析：（1）軌道半徑r=R+h=3.7×10?m，由(G\frac{Mm}{r2}=m\frac{v2}{r})得：(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}=\sqrt{\frac{6.67×10^{-11}×6.4×10^{23}}{3.7×10^6}}≈3.4×10^3m/s)（2）橢圓軌道半長軸(a'=(a+b+2R)/2≈3.5×10^6m)，由開普勒第三定律知橢圓軌道周期更小。根據(jù)機械能守恒，需計算兩軌道機械能差值：圓軌道機械能(E?=-\frac{GMm}{2r})，橢圓軌道機械能(E?=-\frac{GMm}{2a'})(ΔE=E?-E?=\frac{GMm}{2}(\frac{1}{r}-\frac{1}{a'})≈1.2×10^8J)15.電磁推進系統(tǒng)分析（20分）某衛(wèi)星離子推進器原理如圖所示，氙離子（電荷量q=1.6×10?1?C）在加速電場中從靜止開始加速，進入磁感應(yīng)強度B=0.1T的偏轉(zhuǎn)磁場后，沿平行極板方向進入推進噴管。已知加速電壓U=500V，極板長度L=0.2m，間距d=0.1m。（1）求離子離開加速電場時的速度v?；（2）求偏轉(zhuǎn)磁場中離子運動的半徑r；（3）若每秒有N=101?個離子噴出，求推進器的推力F及功率P。解析：（1）由動能定理(qU=\frac{1}{2}mv?2)，氙離子質(zhì)量m=2.18×10?2?kg，解得：(v?=\sqrt{\frac{2×1.6×10^{-19}×500}{2.18×10^{-25}}}≈8.5×10^4m/s)（2）洛倫茲力提供向心力(qv?B=m\frac{v?2}{r})，得：(r=\frac{mv?}{qB}=\frac{2.18×10^{-25}×8.5×10^4}{1.6×10^{-19}×0.1}≈1.15m)（3）推力(F=N·Δp=N·mv?=101?×2.18×10^{-25}×8.5×10^4≈1.85N)功率(P=F·v?=1.85×8.5×10^4≈1.57×10^5W)五、綜合題（共20分）16.空間站力學(xué)綜合問題（20分）天宮空間站核心艙質(zhì)量m=22t，運行在距地面高度h=400km的圓軌道上，地球半徑R=6400km，重力加速度g=9.8m/s2。（1）求核心艙在軌運行周期T；（2）若核心艙需要完成一次軌道維持，沿切線方向噴氣加速，使軌道高度增加Δh=10km，求噴氣速度v（已知推進劑質(zhì)量遠小于核心艙質(zhì)量）；（3）分析軌道高度增加過程中，核心艙的動能、勢能及機械能如何變化。解析：（1）由萬有引力定律(G\frac{Mm}{(R+h)^2}=m\frac{4π2}{T2}(R+h))，且地面(g=\frac{GM}{R2})，聯(lián)立得：(T=2π\(zhòng)sqrt{\frac{(R+h)^3}{gR2}}≈5570s≈92.8min)（2）由軌道速度公式(v?=\sqrt{\frac{gR2}{R+h}}≈7.79km/s)，(v?=\sqrt{\frac{gR2}{R+h+Δh}}