2022届高考物理热点问题专练 专题01天宫课堂

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高考热点百题精练热点01  天宫课堂1.（2022安徽名校联盟2月质检）2021年12月9日下午3:40宇航员王亚平时隔8年再次在太空授课!这次“天空课堂”是王亚平、翟志刚、叶光富三名宇航员共同参与，王亚平担任主讲，另外两人配合讲课并解答问题，他们在空间站内生动地演示了一系列完全失重状态下的物理现象。若飞船质量为m，距离地球表面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船内的宇航员的加速度大小为A. 0B. C. D. 【答案】B【解析】在空间站内宇航员相对空间站静止，与空间站加速度相同。对于空间站，由万有引力提供向心力提供向心力，G=ma，r=R+h，联立解得a=，选项B正确。2. （2022福建福州3月质检1）2021年12月9日下午，航天员王亚平等天空授课时，在演播室主持人给同学们提出下列思考题“航天员站在舱外机械臂上，一只手拿一个小钢球，另一只手拿一根羽毛，双手用同样的力，向同一方向抛出，预定距离两米，小钢球和羽毛哪个先抵达？”假设力的作用时间相同，那么正确的结论是（　　）
A. 小钢球先到达 B. 羽毛先到达 C. 同时到达 D. 无法判定【答案】B【解析】根据动量定理，可得依题意，同样的力和相同的作用时间，小钢球的质量大于羽毛的，所以易知羽毛先到达。故选B。3.(2022福建泉州三模)2021年12月9日，神舟十三号乘组进行天宫授课，如图为航天员叶光富试图借助吹气完成失重状态下转身动作的实验，但未能成功。若他在1s内以20m/s的速度呼出质量约1g的气体，可获得的反冲力大小约为A.0.01N   B.0.02N  C.0.1N  D.0.2N【答案】Ｂ【解析】由动量定理，Ft=mv，解得F=0.02N，由牛顿第三定律可知，可获得的反冲力大小约为0.02N，选项B正确。4. （2022·北京丰台区期末）如图所示，我国航天员在“天宫课堂”演示喝再生水的过程中，我们看到水滴呈球形漂浮在空间站内，处于完全失重状态.下列在地面上运动过程中的物体也处于此状态的是A．沿水平方向抛出的小钢球 B．沿水平面加速行驶的火车C．沿斜面匀速滑下的小木块 D．沿竖直方向减速下降的电梯【答案】A【解析】沿水平方向抛出的小钢球只受重力作用，加速度为g，为完全失重状态，选项A正确；沿水平面加速行驶的火车竖直方向加速度为零，不是完全失重状态，选项B错误；沿斜面匀速滑下的小木块，加速度为零，不是完全失重状态，选项C错误；沿竖直方向减速下降的电梯，加速度向上，处于超重状态，选项D错误.【名师批注】只有物体运动的加速度指向地心，且大小为重力加速度，物体才处于完全失重状态。5（2022·四川绵阳中学二诊）北京时间2021年12月9日，“天宫课堂”开讲，中国航天员再次进行太空授课.
空间站绕地心做近似圆周运动，轨道距离地面高度约3.9102 km，地球半径约6.4103 km，质量约为6.01024 kg，引力常量6.6710-11 N·m2/kg2，则在“天宫课堂”授课的约60 min时间内，空间站在轨道上通过的弧长约A．7.7103 km B．7.7104 kmC．2.8103 km D．2.8104 km【答案】D【解析】空间站绕地球运动的轨道半径为r=R+h=6.4×106 m+3.9×105 m=6.79×106 m，由万有引力提供向心力，G=，解得v=7.8 km/s.在“天宫课堂”授课的t=60 min=60×60 s=3 600 s时间内，空间站在轨道上通过的弧长s=vt=2.8×104 km，选项D正确。6 （2022·重庆外国语学校一诊）2021年12月9日下午，“天宫课堂”第一课在太空“教室”——中国空间站正式开讲并直播．若中国空间站的轨道离地球表面高度为h，绕地球周期为T．地球半径为R，引力常量为G，则A. 地球密度为 B. 地球质量为C. 空间站运行角速度为 D. 空间站运行的线速度为【答案】BC【解析】地球的密度为，空间站绕地球做匀速圆周运动，，解得 ，，所以A错误B正确；空间站运行的角速度为，所以C正确；空间站运行的线速度为，所以D错误。【名师点评】空间站绕地球匀速圆周运动，利用牛顿第二定律列方程时需要根据题述条件选择合适的向心加速度表达式。
 7  （2022·江苏扬州期末）2021年12月9日，在“天宫课堂"中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时A．气泡受到浮力 B．气泡内分子热运动停止C．气泡内气体在界面处对水产生压力 D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力【答案】C【解析】由于在失重状态下，气泡不会受到浮力，选项A错误；气泡内分子一直在做无规则的热运动，选项B错误；由于在失重状态下，气泡内气体在界面处存在压力差，所以对水产生压力，选项C正确；水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，选项D错误.【名师批注】液体对物体的浮力实质是：浸在液体或气体里的物体受到液体或气体对物体向上的和向下的压力差。处于完全失重状态时，液体对浸在其中的物体的压力为零，其压力差为零。液体表面存在表面张力，表面张力为分子引力。8.（原创题）在2021年12月9日的天宫课堂上，太空教师王亚萍介绍说，在空间站，利用微波炉，可以吃到美味食品。如图所示为家用微波炉磁控管的示意图。一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动(图中虚线所示)，管内有平行于管轴线方向的磁场，磁感应强度为B。在运动中这群电子时而接近电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化。由于这一群电子散布的范围很小，可以看做集中于一点，共有N个电子，每个电子的电量为e、质量为m。设这群电子做匀速圆周运动的圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r。求：(1)这群电子做圆周运动的速率和频率；(2)在电极1的端点P处，电场强度变化的频率；(3)在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度的最小值和最大值。
【解析】（1）对一群电子在垂直于管的某截面做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律，NevB=m，R=D/2，联立解得：v=由v=Rω，ω=2πf，解得f=（2）这群电子做匀速圆周运动，在电极1的端点P处，电场强度变化的频率等于电子做圆周运动的频率，即电场强度变化的频率为。（3）根据点电荷电场强度公式，当电子群离电极P最近时，运动的电子群产生的电场强度最大，最大值Emax=，当电子群离电极P最远时，运动的电子群产生的电场强度最小，最小值Emin=，【知识拓展】微波炉是利用食物在微波场中吸收微波能量而使自身加热的烹饪器具。在微波炉微波发生器产生的微波在微波炉腔建立起微波电场，并采取一定的措施使这一微波电场在炉腔中尽量均匀分布，将食物放入该微波电场中，由控制中心控制其烹饪时间和微波电场强度，来进行各种各样的烹饪过程。通俗地讲，微波是一种高频率的电磁波，其本身并不产生热，微波炉乃是利用其内部的磁控管，将电能转变成频率为2450MHz的微波。当微波辐射到食品上时，食物内之极性分子（如水、脂肪、蛋白质、糖等）即被吸引以每秒钟24亿5千万次的速度快速振荡，这种振荡的宏观表现就是食物被加热了。由于微波可以深入食物5cm，因此用微波加热的食品，因其内部也同时被加热，使整个物体受热均匀，升温速度也快。9. （原创题）在2021年12月9日的天空课堂上，太空教师王亚萍将一圆环插入水中，拿出后，向同学们展示水膜，下列说法正确的是A. 水膜只有在太空完全失重状态下才能形成B. 王亚萍手持手柄，使水膜在竖直平面内，则水膜呈现上薄下厚C. 若用平行光垂直照射水膜，不可能出现干涉条纹D. 若用平行光垂直照射水膜，可能出现衍射条纹【答案】C【解析】水膜是由于水的表面张力形成的，在地球上和太空完全失重状态下都可以形成，选项A错误；由于空间站中处于完全失重状态，王亚萍手持手柄，使水膜在竖直平面内，水膜仍然是上下厚薄相同，若用平行光垂直照射水膜，不可能出现干涉条纹，选项B错误C正确；若用平行光垂直照射水膜，不会出现衍
射条纹，选项D错误。【名师点评】在地球上，由于地球的吸引，使水膜在竖直平面内，则水膜呈现上薄下厚，用平行光垂直照射水膜，由于平行光在薄膜两个表面的反射光叠加，当路程差等于半波长的奇数倍时形成暗条纹，当路程差等于波长的整数倍时形成亮条纹。【创新解读】在太空的完全失重环境中，能够出现很多奇特的现象，凡是与重力相关的现象都会消失。10. （原创题）在2021年12月9日的天空课堂上，太空教师王亚萍将一圆环插入水中，拿出后，向同学们展示水膜后，先向水膜中充入水，形成一个水球。然后向水球中心充入空气，形成一个空心水球。若空心水球外径是内径的2倍，其过球心的某截面（纸面内）如图所示。一束单色光（纸面内）从外球面上A点入射，光束经折射后恰好与内球面相切。已知水的折射率为4/3。（i）求单色光（纸面内）从外球面上A点入射时的入射角正弦值。（ii）欲使光束从A点入射后，在内球面上的反射角为45°，求对应的入射角正弦值。【解题思路】（i）画出光路如图，设光束经折射后到达内球面上B点，在A点，由题意知，入射角i＝45°，折射角r＝∠BAO，折射角的正弦值sinr＝＝0.5，由折射定律有：n＝代入数据解得：sini1＝2/3。
（ii）画出光路如图，设在A点的入射角为i'时，光束经折射后到达内球面上C点，在内球面上的反射角为45°，对三角形ACO，由正弦定理有AO＝2R，CO＝R解得：sin∠CAO＝由折射定律有：n＝解得：sini2＝，【创新解读】本次“天宫课堂”，王亚平通过中空水球看到的竟然是一正一反两个像，这是为什么呢？
首先，咱们要来一起复习一下初中物理知识“透镜成像规律”。如图所示，凸透镜由于对光线有会聚作用。因此当物体位于焦点F之外时，光线通过时会有交叉，并形成一个倒立的像。而凹透镜对光线有发散作用，物体透过凹透镜成像的情况只有一种——“正立缩小的像”。加气泡之后的水球，中间部分成像“正立缩小”，这是凹透镜的特征，其他部分仍然是“倒立缩小”的像，这个是凸透镜特征。这是因为：这个实验中的水球并不规整，而是一个椭球。中央加气泡之后，中间部分单独切出来看，实际上是两个凹透镜（中间薄边缘厚），所以中间部分就可以成像“正立缩小”。其他部分的凸透镜虽然没有原来完整，但对光线仍然有会聚作用，依然能够成像，只不过透过的光线变少了而已。  12（2022·河北邯郸期末|神舟十三号载人飞船）2021年10月16日，神舟十三号载人飞船采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口，对接过程简化如图所示.神舟十三号载人飞船先到达天和核心舱轨道正下方d1=200米的第一停泊点并保持相对静止，完成各种测控后，开始沿地心与天和核心舱连线（径向）向天和核心舱靠近，到距离天和核心舱d2=19米的第二停泊点短暂驻留，完成各种测控后，继续径向靠
近，以很小的相对速度完成精准的端口对接.对接技术非常复杂，故做如下简化.假设地球是半径为R0的标准球体，地表重力加速度为g，忽略自转；核心舱轨道是半径为R的正圆；神舟十三号质量为m1，对接前组合体的总质量为m2；忽略对接前后神舟十三号质量的变化. （1）神舟十三号载人飞船安装有几十台微动力火箭发动机，用以控制其各种平动和转动，维持在第一停泊点时，需要开启某些发动机，求发动机所提供推力F的大小和方向；（2）虽然对接时两者相对速度很小，但如果不及时控制也会造成组合体偏离正确轨道，假设不考虑转动，设对接靠近速度为v，求控制组合体轨道复位的火箭要对组合体做的功W.【解析】（1）根据题意可知神舟十三号载人飞船和核心舱以共同角速度绕地心做圆周运动，设此角速度为，地球质量为，引力常量为G.在地球表面有对天和核心舱根据向心力公式有设推力方向从地心指向天和核心舱，对神舟十三号载人飞船有联立解得根据式中各量大小关系可以得到，推力方向从地心指向核心舱.（2）以对接前在轨运动的核心舱为参考系，神舟十三号载人飞船和核心舱对接结合，根据动量守恒定律对接后需要将此径向速度减为0，根据动能定理联立解得.【易错提醒】神舟十三号载人飞船和天和核心舱在第一停泊点保持相对静止，是角速度相同，不是线速度相同.
【模型建构】将两者对接时的复杂过程简化为一动碰一静的完全非弹性碰撞问题，也可理解为沿径向动量守恒.